能源优化控制系统在杭钢电网的应用

董传君（杭州钢铁集团公司动力公司，浙江杭州　310022）



能源优化控制系统在杭钢电网的应用

董传君
（杭州钢铁集团公司动力公司，浙江杭州310022）

【摘要】通过能源优化控制系统在杭钢220 kV钢铁变应用的实例，介绍了能源优化控制系统的原理、系统方案等。并通过相关测试，证明了能源优化控制系统在冶金企业产生的巨大的经济效益和社会效益。

【关键词】能源优化；负荷；电炉；经济效益

1　前言

企业电费主要包括基本电费（一般分为装机容量计费或最大需量计费两种）、电度电费、力率调整费等。杭钢动力220 kV钢铁变采用最大需量基本电费计费方式，按月申报。采用当月15 min平均功率的最大值（MD）作为计算月基本电费的依据。2010年杭钢动力220 kV钢铁变的最大需量值为11.8万kW，月基本电费值约472万元。2011年初，由于220 kV钢铁变2#动力变（63MVA）的投运和4台LF炉（7 MVA×4）的负荷移入，最大需量值增加到14万kW，月基本电费值达14×40=560万元。庞大的电费支出，使得有必要对整个变电所的用电进行监控，合理调节设备的功率，当负荷存在叠加时适当的降低某些对生产不造成影响的设备功率，例如电弧炉，达到平抑负荷减少基本电费支出的目的。

2　能源优化系统概述及原理

能源优化控制系统主要是针对用电设备复杂、负荷波动剧烈、高耗电的大工业用户，通过对用电负荷的优化，实行“移峰填谷”。在不影响正常生产的前提下，使整个企业负荷峰值降低，减轻对电网的冲击，降低最大需量，节约基本电费，产生的经济效益非常可观。

能源优化控制系统以企业总表的计量脉冲作为输入信号，监视整个企业的用电情况，根据内部设定的算法，测试平均功率，如果有可能超过最大需量设定值，控制器将会在设定的时间内断开或转换到较低的负荷等级，功率峰值过后，将恢复正常负荷运行，通过这种方式将负荷的峰值移至谷时，使企业的用电量尽量稳定。

3　具体实施方案

在220 kV钢铁变2426线（220 kV进线）安装ODTEKS电能优化控制系统一套，自动控制电炉初炼炉（96 MVA）、精炼炉（18 MVA）及转炉1#、2#、5#、6#LF炉（7 MVA×4）的变压器有载分接开关档位，降低最大需量，以减少基本电费支出，提高企业经济效益，降低线路损耗，节能降耗提高电气设备的利用率。

3.1实施方案的前期准备

在制订实施方案前，首先对220 kV钢铁变关口电力负荷进行测试。在220 kV变电站配电室内安装ODTEKS能源控制器，采集220 kV进线柜上电表输出的脉冲信号。控制器与电表之间采用电话线连接。在控制室内放置一台ODT能源优化计算机，作为整个能源优化系统的数据服务器，负责存储生产过程中的电力负荷数据，计算机用专用的通讯线与控制器联接。

图1选取的时间点为2011年2月20日到2011年3月20日。通过实地挂机测试选取该月完整30天的数据，可以看出整条线路最大需量变化较大，其中最大值出现在2011年3月14日夜间23时37分，数值为120450 kW（与电力局电表时间、数值吻合）。图中直线代表控制线112000 kW，从图1中可以看到最大需量绝大部分时间在112000 kW以下，在这个30天的测量时间段内大约有25个需量尖峰超过了112000 kW，可以将112000 kW作为最大需量控制的起点。

图1　挂机测试最大需量波动图

图2选取电表中出现的本月最大需量出现的日期2011年3月14日当天的最大需量变化曲线图，当天有7个尖峰超过或接近112000 kW，导致一天甚至一个月的最大需量超出了8000多kW，造成了需要多支出基本电费32万元（8000 kW×40元/kW＝32万元）。能源优化控制系统就是削掉这一天24 h中所出现的这7个尖峰，达到我们所预期的最大需量不超过112000 kW的目的。

图2　3月14日最大需量波动图

3.2系统方案的制订

3.2.1杭钢动力220 kV钢铁变

在220 kV钢铁变增加一套能源优化控制系统，系统图见图3。在中控室安装负荷控制器、后台计算机，对2801间隔（2426线）、3301间隔（电炉33 kV高配）、3891#柜（5#、6#LF炉）、3893#柜（1#、2#LF炉）进行电力负荷检测。上述电力负荷测试数据送入后台机和负荷控制器，以显示实际电力负荷数据及曲线，经负荷控制器软件处理，提供电力负荷趋势曲线。根据最大需量目标值设定电力负荷控制曲线，与电力负荷趋势曲线比较自动生成调整电炉初炼炉（96 MVA）直流输出的冶炼档位指令，通过通讯系统进入电炉公司初炼炉（96 MVA）直流调节控制系统降档冶炼。如果实时电力负荷超过设定值，负荷控制器会在15 min内做出调整，发出指令对电炉初炼炉直流输出的冶炼档位进行调整。初步设定电炉初炼变减档分三个档次：第一档下调8000 kW，第二档下调12000 kW，第三档下调16000 kW。由于精炼变、转炉LF炉负荷相对较小，本次暂未介入系统。

图3　220 kV钢铁变供电系统能源优化结构图

3.2.2电炉公司

在电炉公司初炼炉控制室安装中间控制箱，以接受有载开关档位调整信号。修改电炉初炼炉的控制软件程序，使有载开关档位调整信号能顺利进入原控制系统并发出指令。电炉中间控制箱通过光纤用以接收钢铁变负荷控制器发出的负荷调节信号。电炉控制器PLC在接收到信号后，在电炉允许的调节范围内微调电弧炉功率，使负荷减少，减少的用电功率对生产没有影响。当优化系统监测到全厂的这个尖峰用电时刻已过去时自动释放掉对电炉的控制信号，电炉恢复到初始运行状态。

4　实施效果

能源优化系统于2011年8月下旬投入运行，在9月1日至20日的装置调试运行情况。9月1日最大需量参数设置在112000 kW，动作时间每档间隔15 s，第一档调8000 kW，第二档调12000 kW，第三档调16000 kW。运行至9月16日，由于电炉生产的铁水条件无法保证，其他生产工艺条件发生变化，电炉初炼炉开关动作加多，影响了生产，最大需量一度突破至112600 kW。为此，将设定参数调整为112500 kW，动作时间每档间隔30 s，第一档调4000 kW，第二档调6000 kW，第三档调8000 kW运行（未投入）。在整个调试运行阶段优化控制装置运行稳定正常，自动调整负荷技术可行，效果明显可控。

220kV优化控制系统自2011年9月份正式投入运行，第一次计量时间为2011年9月25日至10 月24日，最后一次计量时间为2013年3月25日至4月24日，中间曾因电炉公司检修或停产等因素中断。能源优化控制系统投入运行效果如表1。

表1　能源优化控制系统效果表

从表1可看出，2011年9月至2013年4月期间，共计量15次，累计节约外购电费201万元。其中，2012年4月25日~7月24日，2012年12月25日~2013年1月24日，由于电炉公司检修的因素中断计量4个月，但实际上该4个月内节约外购电费较之更为明显。采用能源优化控制系统后，平均每月需量实际下降至为3.35 MW，平均每月经济效益约为13.4万元，平均每年节约外购电费约为160万元。

5　结语

冶金行业设备由于功耗较大，负荷波动比较剧烈，不仅对电网和用电设备造成冲击，还给用户的基本电费造成浪费。由于能源优化控制系统的应用，在电炉初炼炉和精炼炉同时大负荷生产时，及时自动调整冶炼档位，降低冲击负荷，对稳定供电系统有明显好处，对用电设备提供了稳定电源。同时，高温季节，在不影响电炉公司生产的前提下，合理降低用电负荷，也起到了让电于民的社会效益。但就目前来看，能源优化系统虽然技术上已经非常成熟，但在杭钢的应用中还是出现了一些小问题，如计算机死机、有时会出现调档过频繁、对生产造成一定影响等问题。在以后的工作中，需要不断地予以提高。

Application of Energy Optimization Control System in the Power Grid of Hangzhou Steel

DONG Chuanjun
(The Power Supply Company of Hangzhou Iron and Steel Group, Hangzhou, Zhejiang 310022, China)

【Abstract】Through the case of application of energy optimization control system in the 220 kV transformer of Hangzhou Steel, the principle and system solution of the energy optimization control system are introduced. The significant economic and social benefit brought by the energy optimization control system to steelmaking enterprises has been proven by related tests.

【Keywords】energy optimization; load; electric furnace; economic benefit

作者简介：董传君（1981－），男，2004年毕业于鞍山科技大学自动化专业，工程师，现从事电气专业技术管理工作。

收稿日期：2015－06－23

【中图分类号】TK018

【文献标识码】B

【文章编号】1006-6764(2015)10-0004-03