电力经济管理系统的研发与运用范文

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1前言

株洲冶炼厂是我国大型有色企业之一，产品拥有铜、铅、锌、金、银、钻等二十余种，其主要产品为锌。锌分为工、n两个生产系统，分别于1%8年，1996年投产，其中工系统年产锌约为16万t，且系统为ro万t。由于锌采用湿法冶炼技术生产，其生产工艺一个主要过程是将锌液连续送人电解槽，加人相当密度的直流电流，使锌在阴极板上析出锌。不难看出，锌电解必将耗用大量的电能。株洲冶炼厂是中南地区用电大户，年用电量高达ro亿k耳飞，其中约76%的电量用于锌电解。电能占全厂总能源的65%以上。

2系统研制的目的、意义

能源是现代社会前进与发展的物质前提与基础，节能降耗已成为全世界所关注的主题。因此，如何提高电能的利用率具有重大的社会效益与经济效益。由于锌电解使用的是直流电，在株冶的全部电力负荷中，3/4以上的电能需由交流电经整流装置变换为直流电，在这一转换过程中，它将损耗相当一部分电能。这种损耗由整流系统的交、直流母线、开关、整流变压器、整流机组内大量晶闸管、硅元件、快熔、分流器、均流电抗器、平衡电抗器等种种设备在整流过程中的电能损失构成。我们通常用整流效率来衡量整流过程中的电能损耗率大小。由此可得:交流电量=直流电量+损耗电量(l)直流电量/交流电量+损耗电量/交流电量二1(2)整流效率+损耗率=1(3)由式可知，整流效率与损耗率是一种反比例关系。因此，本系统从直流供电这一过程着手，以提高供电过程中的整流效率为目标来进行研制。从提高直流供电过程中的整流效率的角度出发，来提高电能利用率，降低能耗损失。

3系统设计

3，1供电系统简介

株冶I系统整流所供电系统如图1所示。图中叨2、粼H、科0三条35kv进线经过高压母线及开关向18台变压器供电，414、424、426回路为厂动力变压器，提供全厂动力用电，412、422为所内自用变压器，其余13台整流变压器经过可控硅或二极管机组向直流母线供电，8(X)V直流母线通过直流刀闸和联络开关分别对工、n、班、W四个直流电解系列供电，每条进线所带的变压器及直流电解所需的电流，可通过开关、刀闸的状态来选择。供电过程中的动力负荷变化不可控，而由可控硅或二极管供电的电解整流负荷则可以通过调节可控硅的移相角或调节变压器的有载开关的挡位来改变直流负荷的大小。

3.2系统研制方案

株冶的日用电量是相对稳定的，但由于锌电解工艺要求及工厂用电的分时段计价等因素，使一天中的电解直流电量因时段不同而变化。I整流所13台整流变压器共19台整流机组对4个直流电解系列供电，在满足各个系列不同直流供电量的前提下，协调好多台整流机组的组合并联运行，并合理分配各台整流机组的电流，使其损耗最小，从而获得最佳整流效率是本系统研制的核心课题。如果对整个整流系统的各个主要耗能环节进行能耗核算，这是不难做到的。但要根据每台整流变压器、整流机组在不同负荷下的运行，加上功率因数高低、环境及设备温度的影响、现场工人操作的随意性等等诸多因素来进行综合计算，以求得在不同负荷电流下以不同整流设备的组合方式来获得最小损耗，这就将使这个问题成为多个不确定因素，在其离散且非线性的大量数据及繁琐的计算中，很难找出整流效率的最优解。所以，在方案研制中，我们不得不摒弃从理论上讲可能极为精确但现实中却很难做到的这种方法。而从解决问题的另一种角度出发，不以大量的公式对含有高维数的各种损耗或效率进行计算，利用从直流供电过程中以动态寻优的方式达到同样的目的。即采用计算机专家系统思想，将现场操作经验和已有的相关知识结合起来，建立专家知识库，在知识自动刷新中，以合理的推理机制，提供最佳直流供电方案。同时将计算机连续计算出的整流效率直接显示辅以论证。即:整流效率二直流电量/交流电量(4)式中直流电量是与35kV进线相关的锌直流系列直流总电量。交流电量为35kV进线电量(R)，因为进线电量包括厂动力变用电量(Pf)、所变自用电量(玖)、锌系列直流电量(巧)及整流过程中的电能损耗(乳)。所以，在计算机中建立的整流效率(动的数学运算模型即为:巧刀=R一Pf一Pz综上所述，计算机对整流效率的高速运算和专家系统的创新思维与以往只能通过运行一段时间后的各类原始电量报表计算整流效率来探索选择直流供电方案相比，有飞速的突进。

3.3系统结构

根据系统方案确立的主题设想，本管理系统硬件组成部分结构设计如图2所示。图中，瓦特/乏尔变送器接入35kV系统的进线、厂变、所变计量CT、PT中，将以上多路交流信号经变送器转换成标准电量再经数据采集刀D变换后送人本所工控计算机，多路直流电量信号经直流强电测量仪检测后通讯送人工控机，从而实现对本所交、直流电量实行计算机实时临控。在此基础上，计算机将根据采集到的大量数据利用软件进行各种运算和制成各项管理功能程序。设置在办公室的中央管理机通过联网通讯，可随时调用现场工控机的资料，查阅本厂电力负荷运行的即时电量参数和历史档案，监控现场工控机的运作。

4系统功能介绍

4.1直流供电优化决策专家系统

简单地说，专家系统就是一个在某一特定领域内运用人类专家的丰富知识，进行推理求解的计算机程序系统。它的核心功能是可不断地获取新知识，扩充自身能力，运用推理机制对数据库中的信息、数据进行分析、求证、处理后上升为知识存入知识库，新增添的知识刷新库存原有知识，使得知识库处于一种动态寻优的过程，库存知识不断得以扩充，创新，由于专家系统能够高效、准确、全面、迅速而不疲倦地工作，解决问题不受环境和情绪的影响，专家的专长不受时间和空间的限制。所以，使用专家系统可以将人类专家的经验和思维方法加以总结归纳，形成规则保存起来，提供咨询。直流供电经济运行优化决策的目的就是要在满足电力系统安全运行，确保电解直流电量要求的前提下，尽可能提高电力运行的经济性，即提高整流效率。整流所的现场条件可以使整流机组在相同与不相同的系列负荷条件下进行多种组合搭配，每台机组又可以在相当范围内进行电流输出调整，同时多年来对于电力经济运行建立的相关知识可以直接融进专家系统知识库，使专家系统迅速进入机理推制的正向推理轨道。将得到最高效率的每一种组合状态做为优化建议刷新存人知识库，当值班人员接到厂总调改变各系列直流电流的指令而需要向专家咨询的时候，它就将向你提供出相应的最佳经济运行方案。

4.2其它管理功能简介

4.2.1系统设置

4.2.1.1报警设置由于锌电解槽的锌液体的一定流量需要相对稳定的直流电流，而整流机组输出的直流电流受35kV电源系统电压的波动而变化，由此，我们对锌电解每个系列的直流总电流输出做了一个上下限幅的声光报警设置，如某一系列需送2万A电流时我们将上、下限分别调整在20200A、19800A运行(其限幅的幅值可根据要求进行调整)，由计算机对运行电量进行跟踪实时监控，当电流超、欠值时经延时后予以声光报警。

4.2.1.2供电方式设置供电系统的供电方式常常会因某种原因而进行变换，由此，载人在计算机内的供电方式亦应随之而改变，以保证计算机的监控对象正确，采样数据及运算不出差错。

4.2.1.3采集参数调整由于交流系统配置的CT、Pr及变送器的参数不可能一致，且设备还可能更换，使其参数发生变化。所以要根据电度表的实际值为准点对采样数据进行矫正，确保计算机内的数据与实际运行数据基本一致。本装置以简易便捷的操作实现参数修改。

4.2.1.4口令系统设置为使系统正常工作，系统各有关数据和系统工作流程、软件功能不被越权修改，所以在本系统中设置了值班员、生产管理人员、程序管理员三级口令权限，以限定相应人员所能进入本计算机系统的工作区域。

4.2.2数据统计及报表输出本系统数据统计分为日数据、月数据及班组数据三种类型。其中日、月数据统计是分别按小时或日对数据进行统计，生成表格，制成曲线，提供查阅交、直流电量、功率因数、整流效率及其变化趋势，便于跟踪管理。班组数据统计记载各个班组当值经济运行各种供电数据，累积或平均各班整流效率的高低，利于对其工作质量的考核。

4.2.3报表输出本系统设置了锌日负荷报表、月负荷报表，锌日直流负荷报表、整流效率报表共4种报表。以定时及即时打印方式输出。

4.2.4主界面设置本系统将35kV交流及sooV直流系统供电方式以自行滚动方式显示，同时在相应开关或设备处显示其运行电量。下方显示各进线即时整流效率。另外辅以状态查询了解其它有关电量参数。

5系统的应用及其产生的经济效益

电力负荷经济运行计算机管理系统自1998年n月在株洲冶炼厂试运行以来，历经半年多的边运行、边调试的阶段，通过在现场对各项功能及各类数据的检测、采集、分析、修正调整后，该系统已日臻完善，达到了预定的系统各项功能指标要求。该系统应用于生产后，在实施电力负荷经济运行特别是在提高整流效率方面，无论从管理到实际效果，都有着质的突破，通过半年时间的现场运行检验，该系统具有以下特点。

5.1管理功能全面

(l)智能化的专家系统根据你的咨询要求提供相应的直流供电优化方案。

(2)动态式滚动显示供电方式，数字化显示各种即时交、直流电量参数。模型化部分电量函数图形，直观化展现即时整流效率。

(3)自动生成各种报表。自行记录，储存全年电力负荷所有电量的历史档案，提供浏览查阅并打印。

(4)对运行中的各系列直流电流输出实时跟踪监控报警。(5)网络通讯，使生产管理人员贴近了与生产现场的衔接，提高了办公自动化程度和生产管理效率。

5.2运行稳定可靠

(l)通过功率变送器，模数转换器，通讯口等输送给计算机的各类交、直流采样信号经修正调整后其转换精确度高，其中最大误差为1.2%，最小误差为0%，平均误差为0.2%，符合系统监控及计量要求。

(2)计算机专家系统及其它诸多自行编制的软件运行稳定可靠。讫今为止未发生差错。

(3)全厂35kV其5条进线及5台厂变计量回路的电度表为1级表，计算机及其它硬件均选型为工控器件，保证了系统的检测精度和连续运行的稳定、可靠。由于本系统采用Windows95/9SNT界面视窗操作，一般操作只须使用鼠标点击即可完成，操作简单、灵活、可靠，符合生产现场对计算机应用其操作系统简捷的要求，因而，受到一线生产职工的欢迎。5.3节电及经济效益株冶电力负荷经济运行计算机管理系统投人电力系统运行后，由其卓越的功能，创出了显著的经济效益业绩。经厂计量、统计、财务等处室的复核计算确认，仅1999年1一8月，锌工、11系统整流效率分别达到0.卯及0.盯3，最佳月份达到0，975，居于国内同行业该指标之冠。整流效率的提高(以GB3859中n)0.95为基点计算)，1一8月为工厂节电n仪湃302kw，以电费折算，节约电费支出直接创效3712903元。6结束语本系统投人甚少，收效极大，其优越性、先进性及其科学研究内容在国内尚属空白。在工业直流供电领域内具有推广应用的重大价值。