電力經(jīng)濟(jì)管理系統(tǒng)的研發(fā)與運(yùn)用

1、電力經(jīng)濟(jì)管理系統(tǒng)的研發(fā)與運(yùn)用    1前言株洲冶煉廠是我國大型有色企業(yè)之一，產(chǎn)品擁有銅、鉛、鋅、金、銀、鉆等二十余種，其主要產(chǎn)品為鋅。鋅分為工、n兩個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)，分別于1%8年，1996年投產(chǎn)，其中工系統(tǒng)年產(chǎn)鋅約為16萬t，且系統(tǒng)為ro萬t。由于鋅采用濕法冶煉技術(shù)生產(chǎn)，其生產(chǎn)工藝一個(gè)主要過程是將鋅液連續(xù)送人電解槽，加人相當(dāng)密度的直流電流，使鋅在陰極板上析出鋅。不難看出，鋅電解必將耗用大量的電能。株洲冶煉廠是中南地區(qū)用電大戶，年用電量高達(dá)ro億k耳飛，其中約76%的電量用于鋅電解。電能占全廠總能源的65%以上。2系統(tǒng)研制的目的、意義能源是現(xiàn)代社會(huì)前進(jìn)與發(fā)展的

2、物質(zhì)前提與基礎(chǔ)，節(jié)能降耗已成為全世界所關(guān)注的主題。因此，如何提高電能的利用率具有重大的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。由于鋅電解使用的是直流電，在株冶的全部電力負(fù)荷中，3/4以上的電能需由交流電經(jīng)整流裝置變換為直流電，在這一轉(zhuǎn)換過程中，它將損耗相當(dāng)一部分電能。這種損耗由整流系統(tǒng)的交、直流母線、開關(guān)、整流變壓器、整流機(jī)組內(nèi)大量晶閘管、硅元件、快熔、分流器、均流電抗器、平衡電抗器等種種設(shè)備在整流過程中的電能損失構(gòu)成。我們通常用整流效率來衡量整流過程中的電能損耗率大小。由此可得:交流電量=直流電量+損耗電量(l)直流電量/交流電量+損耗電量/交流電量二1(2)整流效率+損耗率=1(3)由式可知，整流效率與損耗率

3、是一種反比例關(guān)系。因此，本系統(tǒng)從直流供電這一過程著手，以提高供電過程中的整流效率為目標(biāo)來進(jìn)行研制。從提高直流供電過程中的整流效率的角度出發(fā)，來提高電能利用率，降低能耗損失。3系統(tǒng)設(shè)計(jì)3，1供電系統(tǒng)簡(jiǎn)介株冶I系統(tǒng)整流所供電系統(tǒng)如圖1所示。圖中叨2、粼H、科0三條35kv進(jìn)線經(jīng)過高壓母線及開關(guān)向18臺(tái)變壓器供電，414、424、426回路為廠動(dòng)力變壓器，提供全廠動(dòng)力用電，412、422為所內(nèi)自用變壓器，其余13臺(tái)整流變壓器經(jīng)過可控硅或二極管機(jī)組向直流母線供電，8(X)V直流母線通過直流刀閘和聯(lián)絡(luò)開關(guān)分別對(duì)工、n、班、W四個(gè)直流電解系列供電，每條進(jìn)線所帶的變壓器及直流電解所需的電流，可通過開關(guān)、刀閘

4、的狀態(tài)來選擇。供電過程中的動(dòng)力負(fù)荷變化不可控，而由可控硅或二極管供電的電解整流負(fù)荷則可以通過調(diào)節(jié)可控硅的移相角或調(diào)節(jié)變壓器的有載開關(guān)的擋位來改變直流負(fù)荷的大小。3.2系統(tǒng)研制方案株冶的日用電量是相對(duì)穩(wěn)定的，但由于鋅電解工藝要求及工廠用電的分時(shí)段計(jì)價(jià)等因素，使一天中的電解直流電量因時(shí)段不同而變化。I整流所13臺(tái)整流變壓器共19臺(tái)整流機(jī)組對(duì)4個(gè)直流電解系列供電，在滿足各個(gè)系列不同直流供電量的前提下，協(xié)調(diào)好多臺(tái)整流機(jī)組的組合并聯(lián)運(yùn)行，并合理分配各臺(tái)整流機(jī)組的電流，使其損耗最小，從而獲得最佳整流效率是本系統(tǒng)研制的核心課題。如果對(duì)整個(gè)整流系統(tǒng)的各個(gè)主要耗能環(huán)節(jié)進(jìn)行能耗核算，這是不難做到的。但要根據(jù)每臺(tái)整

5、流變壓器、整流機(jī)組在不同負(fù)荷下的運(yùn)行，加上功率因數(shù)高低、環(huán)境及設(shè)備溫度的影響、現(xiàn)場(chǎng)工人操作的隨意性等等諸多因素來進(jìn)行綜合計(jì)算，以求得在不同負(fù)荷電流下以不同整流設(shè)備的組合方式來獲得最小損耗，這就將使這個(gè)問題成為多個(gè)不確定因素，在其離散且非線性的大量數(shù)據(jù)及繁瑣的計(jì)算中，很難找出整流效率的最優(yōu)解。所以，在方案研制中，我們不得不摒棄從理論上講可能極為精確但現(xiàn)實(shí)中卻很難做到的這種方法。而從解決問題的另一種角度出發(fā)，不以大量的公式對(duì)含有高維數(shù)的各種損耗或效率進(jìn)行計(jì)算，利用從直流供電過程中以動(dòng)態(tài)尋優(yōu)的方式達(dá)到同樣的目的。即采用計(jì)算機(jī)專家系統(tǒng)思想，將現(xiàn)場(chǎng)操作經(jīng)驗(yàn)和已有的相關(guān)知識(shí)結(jié)合起來，建立專家知識(shí)庫，在知識(shí)

6、自動(dòng)刷新中，以合理的推理機(jī)制，提供最佳直流供電方案。同時(shí)將計(jì)算機(jī)連續(xù)計(jì)算出的整流效率直接顯示輔以論證。即:整流效率二直流電量/交流電量(4)式中直流電量是與35kV進(jìn)線相關(guān)的鋅直流系列直流總電量。交流電量為35kV進(jìn)線電量(R)，因?yàn)檫M(jìn)線電量包括廠動(dòng)力變用電量(Pf)、所變自用電量(玖)、鋅系列直流電量(巧)及整流過程中的電能損耗(乳)。所以，在計(jì)算機(jī)中建立的整流效率(動(dòng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算模型即為:巧刀=R一Pf一Pz綜上所述，計(jì)算機(jī)對(duì)整流效率的高速運(yùn)算和專家系統(tǒng)的創(chuàng)新思維與以往只能通過運(yùn)行一段時(shí)間后的各類原始電量報(bào)表計(jì)算整流效率來探索選擇直流供電方案相比，有飛速的突進(jìn)。3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)根據(jù)系統(tǒng)方案確立

7、的主題設(shè)想，本管理系統(tǒng)硬件組成部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。圖中，瓦特/乏爾變送器接入35kV系統(tǒng)的進(jìn)線、廠變、所變計(jì)量CT、PT中，將以上多路交流信號(hào)經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電量再經(jīng)數(shù)據(jù)采集刀D變換后送人本所工控計(jì)算機(jī)，多路直流電量信號(hào)經(jīng)直流強(qiáng)電測(cè)量?jī)x檢測(cè)后通訊送人工控機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)本所交、直流電量實(shí)行計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)臨控。在此基礎(chǔ)上，計(jì)算機(jī)將根據(jù)采集到的大量數(shù)據(jù)利用軟件進(jìn)行各種運(yùn)算和制成各項(xiàng)管理功能程序。設(shè)置在辦公室的中央管理機(jī)通過聯(lián)網(wǎng)通訊，可隨時(shí)調(diào)用現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)的資料，查閱本廠電力負(fù)荷運(yùn)行的即時(shí)電量參數(shù)和歷史檔案，監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)的運(yùn)作。4系統(tǒng)功能介紹4.1直流供電優(yōu)化決策專家系統(tǒng)簡(jiǎn)單地說，專家系統(tǒng)就是一個(gè)在

8、某一特定領(lǐng)域內(nèi)運(yùn)用人類專家的豐富知識(shí)，進(jìn)行推理求解的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。它的核心功能是可不斷地獲取新知識(shí)，擴(kuò)充自身能力，運(yùn)用推理機(jī)制對(duì)數(shù)據(jù)庫中的信息、數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、求證、處理后上升為知識(shí)存入知識(shí)庫，新增添的知識(shí)刷新庫存原有知識(shí)，使得知識(shí)庫處于一種動(dòng)態(tài)尋優(yōu)的過程，庫存知識(shí)不斷得以擴(kuò)充，創(chuàng)新，由于專家系統(tǒng)能夠高效、準(zhǔn)確、全面、迅速而不疲倦地工作，解決問題不受環(huán)境和情緒的影響，專家的專長不受時(shí)間和空間的限制。所以，使用專家系統(tǒng)可以將人類專家的經(jīng)驗(yàn)和思維方法加以總結(jié)歸納，形成規(guī)則保存起來，提供咨詢。直流供電經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化決策的目的就是要在滿足電力系統(tǒng)安全運(yùn)行，確保電解直流電量要求的前提下，盡可能提高電力運(yùn)行

9、的經(jīng)濟(jì)性，即提高整流效率。整流所的現(xiàn)場(chǎng)條件可以使整流機(jī)組在相同與不相同的系列負(fù)荷條件下進(jìn)行多種組合搭配，每臺(tái)機(jī)組又可以在相當(dāng)范圍內(nèi)進(jìn)行電流輸出調(diào)整，同時(shí)多年來對(duì)于電力經(jīng)濟(jì)運(yùn)行建立的相關(guān)知識(shí)可以直接融進(jìn)專家系統(tǒng)知識(shí)庫，使專家系統(tǒng)迅速進(jìn)入機(jī)理推制的正向推理軌道。將得到最高效率的每一種組合狀態(tài)做為優(yōu)化建議刷新存人知識(shí)庫，當(dāng)值班人員接到廠總調(diào)改變各系列直流電流的指令而需要向?qū)＜易稍兊臅r(shí)候，它就將向你提供出相應(yīng)的最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案。4.2其它管理功能簡(jiǎn)介4.2.1系統(tǒng)設(shè)置4.2.1.1報(bào)警設(shè)置由于鋅電解槽的鋅液體的一定流量需要相對(duì)穩(wěn)定的直流電流，而整流機(jī)組輸出的直流電流受35kV電源系統(tǒng)電壓的波動(dòng)而變化，

10、由此，我們對(duì)鋅電解每個(gè)系列的直流總電流輸出做了一個(gè)上下限幅的聲光報(bào)警設(shè)置，如某一系列需送2萬A電流時(shí)我們將上、下限分別調(diào)整在20200A、19800A運(yùn)行(其限幅的幅值可根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)整)，由計(jì)算機(jī)對(duì)運(yùn)行電量進(jìn)行跟蹤實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)電流超、欠值時(shí)經(jīng)延時(shí)后予以聲光報(bào)警。4.2.1.2供電方式設(shè)置供電系統(tǒng)的供電方式常常會(huì)因某種原因而進(jìn)行變換，由此，載人在計(jì)算機(jī)內(nèi)的供電方式亦應(yīng)隨之而改變，以保證計(jì)算機(jī)的監(jiān)控對(duì)象正確，采樣數(shù)據(jù)及運(yùn)算不出差錯(cuò)。4.2.1.3采集參數(shù)調(diào)整由于交流系統(tǒng)配置的CT、Pr及變送器的參數(shù)不可能一致，且設(shè)備還可能更換，使其參數(shù)發(fā)生變化。所以要根據(jù)電度表的實(shí)際值為準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行矯正，

11、確保計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)與實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)基本一致。本裝置以簡(jiǎn)易便捷的操作實(shí)現(xiàn)參數(shù)修改。4.2.1.4口令系統(tǒng)設(shè)置為使系統(tǒng)正常工作，系統(tǒng)各有關(guān)數(shù)據(jù)和系統(tǒng)工作流程、軟件功能不被越權(quán)修改，所以在本系統(tǒng)中設(shè)置了值班員、生產(chǎn)管理人員、程序管理員三級(jí)口令權(quán)限，以限定相應(yīng)人員所能進(jìn)入本計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的工作區(qū)域。4.2.2數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及報(bào)表輸出本系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分為日數(shù)據(jù)、月數(shù)據(jù)及班組數(shù)據(jù)三種類型。其中日、月數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)是分別按小時(shí)或日對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，生成表格，制成曲線，提供查閱交、直流電量、功率因數(shù)、整流效率及其變化趨勢(shì)，便于跟蹤管理。班組數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)記載各個(gè)班組當(dāng)值經(jīng)濟(jì)運(yùn)行各種供電數(shù)據(jù)，累積或平均各班整流效率的高低，利于對(duì)其工作質(zhì)量

12、的考核。4.2.3報(bào)表輸出本系統(tǒng)設(shè)置了鋅日負(fù)荷報(bào)表、月負(fù)荷報(bào)表，鋅日直流負(fù)荷報(bào)表、整流效率報(bào)表共4種報(bào)表。以定時(shí)及即時(shí)打印方式輸出。4.2.4主界面設(shè)置本系統(tǒng)將35kV交流及sooV直流系統(tǒng)供電方式以自行滾動(dòng)方式顯示，同時(shí)在相應(yīng)開關(guān)或設(shè)備處顯示其運(yùn)行電量。下方顯示各進(jìn)線即時(shí)整流效率。另外輔以狀態(tài)查詢了解其它有關(guān)電量參數(shù)。5系統(tǒng)的應(yīng)用及其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益電力負(fù)荷經(jīng)濟(jì)運(yùn)行計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)自1998年n月在株洲冶煉廠試運(yùn)行以來，歷經(jīng)半年多的邊運(yùn)行、邊調(diào)試的階段，通過在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)各項(xiàng)功能及各類數(shù)據(jù)的檢測(cè)、采集、分析、修正調(diào)整后，該系統(tǒng)已日臻完善，達(dá)到了預(yù)定的系統(tǒng)各項(xiàng)功能指標(biāo)要求。該系統(tǒng)應(yīng)用于生產(chǎn)后，在實(shí)施電力

13、負(fù)荷經(jīng)濟(jì)運(yùn)行特別是在提高整流效率方面，無論從管理到實(shí)際效果，都有著質(zhì)的突破，通過半年時(shí)間的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行檢驗(yàn)，該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)。5.1管理功能全面(l)智能化的專家系統(tǒng)根據(jù)你的咨詢要求提供相應(yīng)的直流供電優(yōu)化方案。(2)動(dòng)態(tài)式滾動(dòng)顯示供電方式，數(shù)字化顯示各種即時(shí)交、直流電量參數(shù)。模型化部分電量函數(shù)圖形，直觀化展現(xiàn)即時(shí)整流效率。(3)自動(dòng)生成各種報(bào)表。自行記錄，儲(chǔ)存全年電力負(fù)荷所有電量的歷史檔案，提供瀏覽查閱并打印。(4)對(duì)運(yùn)行中的各系列直流電流輸出實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)控報(bào)警。(5)網(wǎng)絡(luò)通訊，使生產(chǎn)管理人員貼近了與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的銜接，提高了辦公自動(dòng)化程度和生產(chǎn)管理效率。5.2運(yùn)行穩(wěn)定可靠(l)通過功率變送器，模數(shù)轉(zhuǎn)

14、換器，通訊口等輸送給計(jì)算機(jī)的各類交、直流采樣信號(hào)經(jīng)修正調(diào)整后其轉(zhuǎn)換精確度高，其中最大誤差為1.2%，最小誤差為0%，平均誤差為0.2%，符合系統(tǒng)監(jiān)控及計(jì)量要求。(2)計(jì)算機(jī)專家系統(tǒng)及其它諸多自行編制的軟件運(yùn)行穩(wěn)定可靠。訖今為止未發(fā)生差錯(cuò)。(3)全廠35kV其5條進(jìn)線及5臺(tái)廠變計(jì)量回路的電度表為1級(jí)表，計(jì)算機(jī)及其它硬件均選型為工控器件，保證了系統(tǒng)的檢測(cè)精度和連續(xù)運(yùn)行的穩(wěn)定、可靠。由于本系統(tǒng)采用Windows95/9SNT界面視窗操作，一般操作只須使用鼠標(biāo)點(diǎn)擊即可完成，操作簡(jiǎn)單、靈活、可靠，符合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用其操作系統(tǒng)簡(jiǎn)捷的要求，因而，受到一線生產(chǎn)職工的歡迎。5.3節(jié)電及經(jīng)濟(jì)效益株冶電力負(fù)荷經(jīng)濟(jì)運(yùn)行計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)投人電力系統(tǒng)運(yùn)行后，由其卓越的功能，創(chuàng)出了顯著的經(jīng)濟(jì)效益業(yè)績(jī)。經(jīng)廠計(jì)量、統(tǒng)計(jì)、財(cái)務(wù)等處室的復(fù)核計(jì)算確認(rèn)，僅1999年1一8月，鋅工、11系統(tǒng)整流效率分別