摘  要：介紹了電力負荷智能監控系統的設計過程及最終方案的確定，并分析了其實際應用的效益。

關鍵詞：負荷控制；  現場監控；  遠程瀏覽

1  問題的提出

針對我國目前的缺電情況，鋼鐵企業和其他一些用電大戶實施電力需求側（ＤＳＭ）電腦智能管理，在一定程度上能在峰平時段減少對電網的需用負荷，能適當緩解目前的缺電狀況，企業也能減少用電需量費用支出。

電力需求側（ＤＳＭ）電腦智能管理系統可以自動檢測電力、電量和電壓質量，為用戶開展能源審計，調整用電負荷，提高用電負荷率，實行均衡用電、節約用電、減少電費支出，提供了先進的技術手段。

中國南車集團戚墅堰機車車輛廠（以下簡稱戚廠）作為用電負荷較大的企業，有5臺大功率電弧爐，負荷疊加所產生的短時用電需量負荷增加，對電網帶來一定沖擊影響，企業也為此支出高需量的電費費用。

針對這一情況，戚廠于2005年初立項正式確定實施《電力負荷智能監控系統》項目，項目于2005年7月完成，并投入運行。通過一段時間的運行情況看，該《電力負荷智能監控系統》項目運行正常，峰平谷時段的電力需量控制精度非常準確，利用該控制系統能削峰填谷，使電力負荷曲線平衡，既減少了本企業的需量電費，又能減輕電網高峰用電負荷。

2  系統總體設計

立項伊始，為了充分挖掘系統的功能，我們征求了各方面的需求，最終對監控系統的主要功能達成如下共識：

(1)      監測電力系統運行的各個參數（有功功率、無功功率、電壓、電流、功率因數），并提供參數報警功能。

(2)      提供運行的歷史數據和歷史曲線，可以查閱和打印。

(3)      廠內任何一臺電腦，只要聯入戚廠以太網，使用IE瀏覽器就能瀏覽現場數據。

(4)      具備自診斷功能，終端通訊異常，能夠提供報警。

(5)      提供負荷運行需量實時曲線及趨勢分析。需量按1分鐘滑動時間計算，并且畫面可設定需量計算的時間。

(6)      提供鑄鋼和鑄鐵的實時需量曲線，并獲得每月的最大需量值。可以設置結算日期。

(7)      負荷超過設定最大需量時，預先提供報警。

(8)      能夠為計算中心提供實時數據接口。

(9)      鑄鋼車間能夠可靠瀏覽控制需量所需的畫面，并獲得需量越界的報警

(10)       根據報警類型的不同，有不同的報警聲音。報警可以設置暫時關閉。

3  戚廠電力系統現狀

戚廠的供電系統由供電局的兩路35KV進線通過北廠降壓站降壓后通過南北廠兩個開關室集中送往全廠。由于南北廠距離較遠，直線距離大概有1公里左右，曲線距離就更遠了；而北廠降壓站與開關室則相距較近，約120米左右，所以初步確定在南北廠各設立一個現場采集站，彼此通過工廠現有的局域網相連，雖然沒有專用網絡的可靠程度，但可以極大的降低工程成本。由于鑄鋼車間是負荷控制的關鍵，它及時可靠的了解工廠負荷的變化情況，并及時采取措施規避高負荷是項目成功的關鍵所在，所以在鑄鋼工段設立了一個瀏覽終端，它同樣連入工廠局域網內，可以隨時獲取現場數據。

現場數據需要在工廠局域網上發布，以便其他用戶瀏覽，為此，南北廠現場采集站必須確定一個作為服務器。南廠站采集的數據較北廠站要少很多，本來從負荷平衡的角度考慮，南廠站作為服務器是很自然的，但由于如下因素：

(1)  傳輸的數據量太大會受到工廠網絡的制約，使網絡情況惡化。

(2)  工廠網絡有時候會出現中斷的情況，如果出現這種情況，會有大部分數據無法匯集到服務器，影響歷史數據的完整。

(3)  北廠站離鑄鋼車間比較近，從局域網的角度考慮是處于同一個網段內，如果服務器設在北廠站，他們之間的通訊中間環節少，會更可靠。

所以綜合以上考慮，我們決定將服務器設置于北廠站。

4  現場數據采集站

從供電局送來的35KV電降壓后經開關室輸送到全廠各分變電室，我們需要采集從高壓柜送到變電室的電纜上的電氣參數（有功功率、無功功率、電壓、電流、功率因數），從而可以獲得電力系統運行情況的第一手資料。

根據工廠實際情況，我們共確定了23個數據測量點，每個測量點都是三相三線制系統，有9個電氣參數（均為模擬量）需要測量。由于工廠的電力系統都是高壓系統，都配有電壓互感器和電流互感器，把一次信號轉變為0～100V的電壓信號和0～5A的電流信號，所以我們僅需考慮如何測量這兩種信號。下文闡述數據測量方案的選擇。

4.1  采用PCI數據采集板卡

每塊板卡可以采集8～16個模擬量，甚至更多，如果搭配開關量輸入輸出板卡，則可以極大的提高采集通道的利用率，節省很大的成本。采用PCI數據采集板卡的采集過程示意圖見圖1。

由于:

(1)  PCI數據采集卡不能直接采集我們現在的信號，信號需要經過調理。現場接線很復雜。

(2)  PCI數據采集卡只能插在計算機里，而現場信號源離計算機有幾十到一百五十米的距離，模擬信號經過這樣傳輸，勢必會嚴重衰減，影響測量精度。而且模擬信號的傳輸距離長會耗用大量線材，增加很大成本。

(3)  PCI數據采集卡采集電壓電流信號比較容易，但要獲取有功、無功、功率因數等參數就比較困難，如果強行要這么做，一是會極大地增加計算機的運算量，很不現實，二是系統太復雜，可靠性太差。

為此，采用PCI數據采集板卡的方式，導致系統變得很復雜，系統可靠性和測量精度都很差，成本相對較低。

4.2  采用電量采集傳感器采集數據

一個數據需要一個傳感器，采集后信號成為4～20mA的標準信號，這還不能直接傳給計算機，現場必須配有數據采集器，將之轉為數字信號，通過總線被計算機接受。這樣每個點需要9個電量采集傳感器，大約900元，數據采集器還不算在內。另外由于信號傳輸需要較多的線材，接線也比較麻煩，特別是功率變送器和功率因數變送器接線復雜而重復，安裝工作量多而復雜。總體來說這種方式可以用，但不是最好。采用電量采集傳感器采集數據的過程示意圖見圖2。

4.3  采用電力綜合數據采集模塊采集數據

這種方式結構最簡單，接線也簡單，安裝簡便，通過一根雙芯屏蔽線與計算機相連。系統可靠性高，事后維護簡單。按成本計算一個模塊大約900元，與前面兩種基本相同，如果使用更好的帶現場數據顯示的儀表則成本太大，約2000元。但是如果模塊壞的話，那只能更換整個模塊，單次維修成本較高。采用電力綜合數采模塊采集數據的過程示意圖見圖3。

從實施成本、方案可行性、系統易維護性和系統安全性等方面綜合分析，以上幾種方式，第三種方式最佳。

5  確定方案

 電力綜合數采模塊我們選用了山東力創科技有限公司生產的EDA9033智能電量變送器，該產品經調查性能可靠，有成熟的設備驅動程序，便于軟件組態，價錢也比較便宜。

軟件方面我們選用了北京昆侖通態自動化軟件科技有限公司的組態軟件MCGS，該軟件在我們工廠有成功應用的先例，而且滿足我們需要網絡版的要求。

該方案的優越性為：

(1)  方案集成度高，緊湊簡練，便于維護；

(2)  先進的三層體系結構，下位機-----服務器-----客戶端，流行的瘦客戶機機制，廠內計算機只要連入工廠局域網，無須安裝專門軟件利用IE瀏覽器就可以瀏覽現場數據。

該方案的安全性為：

(1)  該方案與供電局遠動系統相互獨立，互不影響；

(2)  系統信號從二次顯示回路中取得，電流通過終端內置電流互感器獲取，采用電磁隔離和光電隔離技術，電壓輸入、電流輸入及輸出三方完全隔離

(3)  即使考慮最壞情況，本系統癱瘓，亦不會影響電力系統的正常運行

根據上述分析，最終確定方案見圖4：

6  實施后的效益分析

本項目2005年實施后至今運行良好，并且取得了極好的效益。

6.1  直接經濟效益

依據供電公司用戶電費統一發票（2005年5月最大需量為19740；2005年11月最大需量為18228），戚廠用電最大需量在項目投運前后降低1512 kW，而2005年5月至2005年11月戚廠增加電力負荷約1000kw左右，實際降低最大需量2512kw，全年減少基本電費支出90.432萬元。

6.2  間接經濟效益

依據曲線對比，峰時段避峰讓電有效時間以每天1.5小時計，則每天移峰填谷電量可達2512kW×1.5h=3768kWh。

谷電價與峰、平電價平均降低值為：

[（0.882－0.236）+（0.529－0.236）]÷2=0.4575元/ kWh。

則每天減少電度電費支出=0.4575元/ kWh×3768kWh=1723.9元。

考慮到上夜班人數增加，每天多支出575元費用，則每天減少電度電費以1148.9元計，全年減少電度電費支出：

1148.9元/天×300天=34.46萬元。（鍛鑄分廠近幾年一直單休。）

兩項合計，全年減少電費支出=90.432萬元+34.46萬元=124.89萬元。

一年內即可收回投資。

6.3  管理效益和社會效益

(1) 為工廠加強用電成本管理，創造了必備的條件。對工廠進一步降低電成本從技術平臺上有了很大的提高，提供了現代化的技術輔助手段。

(2) 為強化供用電設備管理，提供可靠的分析依據。在該項目的實施過程中，供電、用電單位各級人員在工廠電成本的構成上都是有了很大的了解，有利于控制成本。

(3) 該項目的實施有利于管、供、用單位形成統一，充分、合理地降低電成本，從過去的被動管理到現在的主動管理。通過現在的技術手段，用電單位在線了解用電指標，可以算了再用，改變了用了再算的做法。

(4) 社會效益。移峰填谷的電負荷，相當于效能電廠的發電負荷，可減少電力設備、設施的投入。

(5) 電網運行更加經濟、合理。