電力經(jīng)濟管理系統(tǒng)的研發(fā)與運用

1、電力經(jīng)濟管理系統(tǒng)的研發(fā)與運用    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生產(chǎn)，其生產(chǎn)工藝一個主要過程是將鋅液連續(xù)送人電解槽，加人相當密度的直流電流，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)代社會前進與發(fā)展的

2、物質(zhì)前提與基礎，節(jié)能降耗已成為全世界所關注的主題。因此，如何提高電能的利用率具有重大的社會效益與經(jīng)濟效益。由于鋅電解使用的是直流電，在株冶的全部電力負荷中，3/4以上的電能需由交流電經(jīng)整流裝置變換為直流電，在這一轉換過程中，它將損耗相當一部分電能。這種損耗由整流系統(tǒng)的交、直流母線、開關、整流變壓器、整流機組內(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備在整流過程中的電能損失構成。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來進行研制。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)設計3，1供電系統(tǒng)簡介株冶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進線經(jīng)過高壓母線及開關向18臺變壓器供電，414、424、426回路為廠動力變壓器，提供全廠動力用電，412、422為所內(nèi)自用變壓器，其余13臺整流變壓器經(jīng)過可控硅或二極管機組向直流母線供電，8(X)V直流母線通過直流刀閘和聯(lián)絡開關分別對工、n、班、W四個直流電解系列供電，每條進線所帶的變壓器及直流電解所需的電流，可通過開關、刀閘

4、的狀態(tài)來選擇。供電過程中的動力負荷變化不可控，而由可控硅或二極管供電的電解整流負荷則可以通過調(diào)節(jié)可控硅的移相角或調(diào)節(jié)變壓器的有載開關的擋位來改變直流負荷的大小。3.2系統(tǒng)研制方案株冶的日用電量是相對穩(wěn)定的，但由于鋅電解工藝要求及工廠用電的分時段計價等因素，使一天中的電解直流電量因時段不同而變化。I整流所13臺整流變壓器共19臺整流機組對4個直流電解系列供電，在滿足各個系列不同直流供電量的前提下，協(xié)調(diào)好多臺整流機組的組合并聯(lián)運行，并合理分配各臺整流機組的電流，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。如果對整個整流系統(tǒng)的各個主要耗能環(huán)節(jié)進行能耗核算，這是不難做到的。但要根據(jù)每臺整

5、流變壓器、整流機組在不同負荷下的運行，加上功率因數(shù)高低、環(huán)境及設備溫度的影響、現(xiàn)場工人操作的隨意性等等諸多因素來進行綜合計算，以求得在不同負荷電流下以不同整流設備的組合方式來獲得最小損耗，這就將使這個問題成為多個不確定因素，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)，不以大量的公式對含有高維數(shù)的各種損耗或效率進行計算，利用從直流供電過程中以動態(tài)尋優(yōu)的方式達到同樣的目的。即采用計算機專家系統(tǒng)思想，將現(xiàn)場操作經(jīng)驗和已有的相關知識結合起來，建立專家知識庫，在知識

6、自動刷新中，以合理的推理機制，提供最佳直流供電方案。同時將計算機連續(xù)計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進線相關的鋅直流系列直流總電量。交流電量為35kV進線電量(R)，因為進線電量包括廠動力變用電量(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，在計算機中建立的整流效率(動的數(shù)學運算模型即為:巧刀=R一Pf一Pz綜上所述，計算機對整流效率的高速運算和專家系統(tǒng)的創(chuàng)新思維與以往只能通過運行一段時間后的各類原始電量報表計算整流效率來探索選擇直流供電方案相比，有飛速的突進。3.3系統(tǒng)結構根據(jù)系統(tǒng)方案確立

7、的主題設想，本管理系統(tǒng)硬件組成部分結構設計如圖2所示。圖中，瓦特/乏爾變送器接入35kV系統(tǒng)的進線、廠變、所變計量CT、PT中，將以上多路交流信號經(jīng)變送器轉換成標準電量再經(jīng)數(shù)據(jù)采集刀D變換后送人本所工控計算機，多路直流電量信號經(jīng)直流強電測量儀檢測后通訊送人工控機，從而實現(xiàn)對本所交、直流電量實行計算機實時臨控。在此基礎上，計算機將根據(jù)采集到的大量數(shù)據(jù)利用軟件進行各種運算和制成各項管理功能程序。設置在辦公室的中央管理機通過聯(lián)網(wǎng)通訊，可隨時調(diào)用現(xiàn)場工控機的資料，查閱本廠電力負荷運行的即時電量參數(shù)和歷史檔案，監(jiān)控現(xiàn)場工控機的運作。4系統(tǒng)功能介紹4.1直流供電優(yōu)化決策專家系統(tǒng)簡單地說，專家系統(tǒng)就是一個在

8、某一特定領域內(nèi)運用人類專家的豐富知識，進行推理求解的計算機程序系統(tǒng)。它的核心功能是可不斷地獲取新知識，擴充自身能力，運用推理機制對數(shù)據(jù)庫中的信息、數(shù)據(jù)進行分析、求證、處理后上升為知識存入知識庫，新增添的知識刷新庫存原有知識，使得知識庫處于一種動態(tài)尋優(yōu)的過程，庫存知識不斷得以擴充，創(chuàng)新，由于專家系統(tǒng)能夠高效、準確、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)驗和思維方法加以總結歸納，形成規(guī)則保存起來，提供咨詢。直流供電經(jīng)濟運行優(yōu)化決策的目的就是要在滿足電力系統(tǒng)安全運行，確保電解直流電量要求的前提下，盡可能提高電力運行

9、的經(jīng)濟性，即提高整流效率。整流所的現(xiàn)場條件可以使整流機組在相同與不相同的系列負荷條件下進行多種組合搭配，每臺機組又可以在相當范圍內(nèi)進行電流輸出調(diào)整，同時多年來對于電力經(jīng)濟運行建立的相關知識可以直接融進專家系統(tǒng)知識庫，使專家系統(tǒng)迅速進入機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庫，當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候，它就將向你提供出相應的最佳經(jīng)濟運行方案。4.2其它管理功能簡介4.2.1系統(tǒng)設置4.2.1.1報警設置由于鋅電解槽的鋅液體的一定流量需要相對穩(wěn)定的直流電流，而整流機組輸出的直流電流受35kV電源系統(tǒng)電壓的波動而變化，

10、由此，我們對鋅電解每個系列的直流總電流輸出做了一個上下限幅的聲光報警設置，如某一系列需送2萬A電流時我們將上、下限分別調(diào)整在20200A、19800A運行(其限幅的幅值可根據(jù)要求進行調(diào)整)，由計算機對運行電量進行跟蹤實時監(jiān)控，當電流超、欠值時經(jīng)延時后予以聲光報警。4.2.1.2供電方式設置供電系統(tǒng)的供電方式常常會因某種原因而進行變換，由此，載人在計算機內(nèi)的供電方式亦應隨之而改變，以保證計算機的監(jiān)控對象正確，采樣數(shù)據(jù)及運算不出差錯。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)電度表的實際值為準點對采樣數(shù)據(jù)進行矯正，

11、確保計算機內(nèi)的數(shù)據(jù)與實際運行數(shù)據(jù)基本一致。本裝置以簡易便捷的操作實現(xiàn)參數(shù)修改。4.2.1.4口令系統(tǒng)設置為使系統(tǒng)正常工作，系統(tǒng)各有關數(shù)據(jù)和系統(tǒng)工作流程、軟件功能不被越權修改，所以在本系統(tǒng)中設置了值班員、生產(chǎn)管理人員、程序管理員三級口令權限，以限定相應人員所能進入本計算機系統(tǒng)的工作區(qū)域。4.2.2數(shù)據(jù)統(tǒng)計及報表輸出本系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分為日數(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)計是分別按小時或日對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，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，便于跟蹤管理。班組數(shù)據(jù)統(tǒng)計記載各個班組當值經(jīng)濟運行各種供電數(shù)據(jù)，累積或平均各班整流效率的高低，利于對其工作質(zhì)量

12、的考核。4.2.3報表輸出本系統(tǒng)設置了鋅日負荷報表、月負荷報表，鋅日直流負荷報表、整流效率報表共4種報表。以定時及即時打印方式輸出。4.2.4主界面設置本系統(tǒng)將35kV交流及sooV直流系統(tǒng)供電方式以自行滾動方式顯示，同時在相應開關或設備處顯示其運行電量。下方顯示各進線即時整流效率。另外輔以狀態(tài)查詢了解其它有關電量參數(shù)。5系統(tǒng)的應用及其產(chǎn)生的經(jīng)濟效益電力負荷經(jīng)濟運行計算機管理系統(tǒng)自1998年n月在株洲冶煉廠試運行以來，歷經(jīng)半年多的邊運行、邊調(diào)試的階段，通過在現(xiàn)場對各項功能及各類數(shù)據(jù)的檢測、采集、分析、修正調(diào)整后，該系統(tǒng)已日臻完善，達到了預定的系統(tǒng)各項功能指標要求。該系統(tǒng)應用于生產(chǎn)后，在實施電力

13、負荷經(jīng)濟運行特別是在提高整流效率方面，無論從管理到實際效果，都有著質(zhì)的突破，通過半年時間的現(xiàn)場運行檢驗，該系統(tǒng)具有以下特點。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的直流供電優(yōu)化方案。(2)動態(tài)式滾動顯示供電方式，數(shù)字化顯示各種即時交、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)即時整流效率。(3)自動生成各種報表。自行記錄，儲存全年電力負荷所有電量的歷史檔案，提供瀏覽查閱并打印。(4)對運行中的各系列直流電流輸出實時跟蹤監(jiān)控報警。(5)網(wǎng)絡通訊，使生產(chǎn)管理人員貼近了與生產(chǎn)現(xiàn)場的銜接，提高了辦公自動化程度和生產(chǎn)管理效率。5.2運行穩(wěn)定可靠(l)通過功率變送器，模數(shù)轉

14、換器，通訊口等輸送給計算機的各類交、直流采樣信號經(jīng)修正調(diào)整后其轉換精確度高，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)控及計量要求。(2)計算機專家系統(tǒng)及其它諸多自行編制的軟件運行穩(wěn)定可靠。訖今為止未發(fā)生差錯。(3)全廠35kV其5條進線及5臺廠變計量回路的電度表為1級表，計算機及其它硬件均選型為工控器件，保證了系統(tǒng)的檢測精度和連續(xù)運行的穩(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點擊即可完成，操作簡單、靈活、可靠，符合生產(chǎn)現(xiàn)場對計算機應用其操作系統(tǒng)簡捷的要求，因而，受到一線生產(chǎn)職工的歡迎。5.3節(jié)電及經(jīng)濟效益株冶電力負荷經(jīng)濟運行計算機管理系統(tǒng)投人電力系統(tǒng)運行后，由其卓越的功能，創(chuàng)出了顯著的經(jīng)濟效益業(yè)績。經(jīng)廠計量、統(tǒng)計、財務等處室的復核計算確認，僅1999年1一8月，鋅工、11系統(tǒng)整流效率分別