冶金企业构建智能电网探讨

叶远龙

（马钢工程技术有限公司，安徽马鞍山243000）

冶金企业构建智能电网探讨

叶远龙

（马钢工程技术有限公司，安徽马鞍山243000）

智能电网受到国内外的极大关注。以智能电网为代表的新能源经济时代已经到来。智能电网的最终目的是实现电网的经济、高效、可靠、安全运行，实现能源包括可再生能源的规模化高效利用，实现经济、环境和社会效益的最大化。借鉴智能电网技术为冶金企业电网未来发展和技术创新提供技术和管理目标，实现经济、社会和环境效益。

智能配电网；特点；功能；策略

1 未来电网发展的大趋势

由于能源成本总是起伏不定，为工厂找到节能型解决方案，不但是保持企业财务健康的关键，而且已成为承担社会责任的需要。在经济衰退时期，优化能源效率和生产效率可为企业带来长期竞争优势，尤其是在经济复苏导致需求增加但利润空间更窄的时候更是如此。目前全球兴起的电网智能化解决方案可帮助企业监视、报告和优化能源使用状况。无论企业的能源成本是固定预算还是可浮动支出，智能化策略将为企业创建和管理有效的节能计划铺平道路。

智能电网建设将是中国电网未来十年发展的主要方向，也是大型企业电网发展的大趋势。传统电网存在不支持大规模间歇性电源与分布式电源接入、输电损失巨大、且用户侧无法互动等问题，无法满足低碳经济时代的要求。智能电网作为先进的信息技术和高级物理电网的充分结合，是解决未来能源输送问题的理想方案，是未来电网发展的大趋势。世界主要发达国家纷纷把发展智能电网作为抢占未来低碳经济制高点的重要战略措施，掀起了一场全球范围的智能电网建设热潮。

2 冶金企业电网现状

大型冶金企业工艺环节多、连续性强，生产包含复杂的物理和化学过程，负荷十分庞大，一般不低于80~100万kW·h，负荷结构复杂，既有平稳负荷，也有像电炉、轧机等冲击负荷，还有电力电子装置，由于其非线性、冲击性、不平衡性造成电网电压波形产生畸变、电压波动、闪变、高次谐波和三相电压不平衡，甚至引起系统频率的波动。

在电网结构上，供配电系统电压等级多种多样，从400 V到6 kV、10 kV、35 kV、110 kV、220 kV等都有。

在电源构成上，既有来自国家电网的线路，也有企业自身建设的大量分布式电源如高炉TRT余压发电、烧结厂余热发电、轧钢厂加热炉余热发电、煤焦化副产品煤气和干熄焦发电、燃气-蒸汽联合循环发电等等，并且随着企业能效意识的提高，后者所占的比重也越来越大，普遍达到50%以上。

在电网的监控管理上，通讯方式多样，兼容性差，缺少电网信息的高度集成和共享，电网在运行中与用户设备和行为缺乏交互性和互动性，不具有实时、在线连续的安全评估和分析能力，没有预警控制系统和预防控制能力。

在电能管理上，只计费缺管理。缺少统一带通讯功能的基础计量装备，没有形成分区域、分工段、分班组、分系统和分时段的计量考核体系，没有将电能消费与产品产量连接管理，没有建立起一个科学的电能消耗管理平台，每年几十亿元的电费使用电成为企业运行的一块巨大成本。厂矿节能降耗停还留在人为节约“1度电”的口号里，仅把电力当作是源源不断、用之不竭的商品，用电没有向管理和技术要效益。

3 智能电网功能特征及技术

3.1 传统电网与智能电网比较

传统电网是一个刚性系统，电源的接入与退出、电能量的传输等都缺乏弹性，致使电网没有动态柔性及可组性；垂直的多级控制机制反应迟缓，无法构建实时、可配置、可重组的系统；系统自愈、自恢复能力完全依赖于实体冗余；对客户的服务简单、信息单向；系统内部存在多个信息孤岛，缺乏信息共享。虽然局部的自动化程度在不断提高，但由于信息的不完善和共享能力的薄弱，使得系统中多个自动化系统是割裂的、局部的、孤立的，不能构成一个实时的有机统一整体，所以整个电网的智能化程度较低。

与传统电网相比，智能电网将进一步拓展对电网全景信息（指完整的、正确的、具有精确时间断面的、标准化的电力流信息和业务流信息等）的获取能力，以坚强、可靠、通畅的实体电网架构和信息交互平台为基础，以服务生产全过程为需求，整合系统各种实时生产和运营信息，通过加强对电网业务流实时动态的分析、诊断和优化，为电网运行和管理人员提供更为全面、完整和精细的电网运营状态图，并给出相应的辅助决策支持，以及控制实施方案和应对预案，最大程度地实现更为精细、准确、及时、优化的电网运行和管理。

3.2 智能电网功能特点

智能电网具有以下功能特点：

（1）安全（Safety）。在电网发生大扰动和故障时，电网仍能保持对用户的供电能力，而不发生大面积的停电事故；在自然灾害和极端气候条件下、或人为的外力破坏下仍能保证电网的安全运行；具有确保信息安全的能力和防计算机病毒破坏的能力。

（2）自愈（Self-Healing）——稳定可靠。自愈是实现电网安全可靠运行的主要功能，具有实时、在线连续的安全评估和分析能力，强大的预警控制系统和预防控制能力，无需或仅需少量人为干预，实现自动故障诊断、故障隔离和系统自我恢复的能力，最小化或避免用户的供电中断。

（3）兼容（Compatible）——发电资源。能支持可再生能源的正确、合理地接入，通过在电源互联领域引入类似于计算机中的"即插即用"技术(尤其是分布式发电资源)，电网可以容纳包含集中式发电在内的多种不同类型电源。

（4）交互（Interactivity）——电力用户。电网在运行中与用户设备和行为进行交互，将其视为电力系统的完整组成部分之一，与电力用户实现无缝衔接，能使需求侧管理的功能更加完善和提高，实现与用户的交互和高效互动。

（5）高效（Efficient）——资产优化。引入最先进的信息和监控技术，优化设备和资源的使用效益，可以提高单个资产的利用效率，从整体上实现网络运行和扩容的优化，降低它的运行维护成本和投资。

（6）优质(High quality)——电能质量。在数字化、高科技占主导的经济模式下，电力用户的电能质量能够得到有效保障。

（7）集成（Integrated）——信息系统。实现电网信息的高度集成和共享，采用统一的平台和模型，实现标准化、规范化和精细化的管理。实现包括监视、控制、维护、能量管理(EMS)、配电管理(DMS)、市场运营(MOS)、企业资源规划(ERP)等和其他各类信息系统之间的综合集成。

3.3 智能电网基本特征

统一坚强智能电网在技术上包含四个基本特征：

（1）信息化——实时和非实时信息的高度集成、共享和利用；

（2）数字化——电网对象、结构及状态的定量描述和各类信息的精确高效采集与传输；

（3）自动化——电网控制策略的自动优选、运行状态的自动监控和故障状态的自动恢复等；

（4）互动化——电源、电网和用户资源的友好互动和协调运行。

3.4 智能电网技术

（1）通信技术

建立高速、双向、实时、集成的通信系统是实现智能电网的基础，智能电网的数据获取、保护和控制、跨越各个分布系统或终端的信息交换都有先进的通信系统支持。

（2）量测技术

参数量测技术是智能电网基本的组成部件，先进的参数量测技术获取数据并将其转换成数据信息，以供智能电网的各个方面使用。它是评估电网设备的健康状况和电网的完整性，进行表计的读取、防止窃电、缓减电网阻塞以及与用户的沟通的重要手段。

（3）设备技术

广泛应用先进的设备技术，极大地提高输配电系统的性能。未来智能电网中的设备将充分应用在材料、超导、储能、电力电子和微电子技术方面的最新研究成果，从而提高功率密度、供电可靠性和电能质量以及电力生产的效率。

（4）控制技术

先进的控制技术是指智能电网中分析、诊断和预测状态并确定和采取适当的措施以消除、减轻和防止供电中断和电能质量扰动的装置和算法。提供对输电、配电和用户侧的控制方法并且可以管理整个电网的有功和无功。

（5）支持技术

决策支持技术将复杂的电力系统数据转化为系统运行人员一目了然的可理解的信息，因此动画技术、动态着色技术、虚拟现实技术以及其他数据展示技术，用来帮助系统运行人员认识、分析和处理紧急问题。

4 冶金企业构建智能电网策略

近年来，中国冶金行业保持着高速发展，冶金企业的生产经营规模急剧扩张，面对日趋激烈行业竞争，技术创新已成为冶金企业生存和发展的关键。

《钢铁工业“十二五”发展规划》中不仅对钢铁工业的转型升级进行了具体部署，还设立了单位能耗、二氧化碳、二氧化硫排放量等具体的量化目标。因此，冶金企业“十二五”节能减排任务更加艰巨，绿色发展之路任重而道远。智能电网技术是建设资源节约型、环境友好型企业和探索绿色低碳发展新道路的重要契机。

尽管大型冶金企业负荷巨大，电网结构复杂，但与国家电网相比，不过是一个大客户而已，企业智能电网建设不可能也无法照搬国家电网建设模式。根据大型冶金企业状况及特点，借鉴国家智能电网建设理念，选择符合企业发展规律的建设思路，才是企业未来电网发展策略；建设具有企业特色的智能电网技术，能够帮助电力企业进行技术创新，并实现技术转型。

（1）重点以110 kV~220 kV超高压电网为主干，建立一个内外电源互联、兼容性好、结构优化、运行灵活、恢复能力强、保障给力的坚强电网；在满足地区电网各项规定基础上，提高电网大范围配置资源能力，用足自发电，用好再生电，避免企业发电倒送电网，提高电网大范围优化配置资源能力。

（2）大力发展企业可再生能源发电，开发和改善电源接入和并网技术，回收冶金企业二次能源。充分利用高炉煤气的余压、烧结厂、轧钢厂的余热、煤焦化副产品煤气和干熄焦、燃气-蒸汽联合循环发电等资源，通过能源回收转换为企业所用。这些清洁绿色能源的回收不仅为企业带来可观的利润，还能实现环保效益和社会效益。

（3）建立能量管理系统（EMS），配置电网调度自动化系统，引入电能量计费系统和广域测量系统（WAMS），建设新规则下的企业内部电力市场交易技术支持系统。

（4）建立企业能源控制中心，实行用户端高、中、低压全方位的电力集中监控管理，建设节约型企业。在厂矿每一个负荷区域分散设置基于微处理器的智能电表，借助计算机、网络通讯、计量保护装置，上传能量管理系统(EMS)，获取分班组、分生产线、分关键设备、分车间、分时段的用电信息数据，随时统计分析电能消耗指标，进而建立分区域、分工段、分班组、分系统和分时段的计量考核体系。

（5）构建电网与用户能量流、信息流、业务流实时互联、互动的新型供用电关系。国家电网主要侧重于输变电智能化，企业电网侧重于配用电和配网的智能化。通过信息控制技术实现精确供能，解决能源终端需求侧的节能管理。配置智能终端可以获取电网供需信息和用电价格，实现用能状况、电费构成可视化展示和智能控制，用户可以根据电价变化情况，实现经济、合理用电。

（6）建立企业独立、统一的能效管理系统，而不是以二级厂矿为管理单位的用电管理制度，设立企业用户电力消费专用账户，存储年、月、日电能消费历史记录，为生产工艺改进、用电管理提供真实数据。创建开放、透明、节能、高效的大企业级能效管理平台。数据自动采集系统可以全面实时掌握发电端、变电站到用户侧各环节的功率潮流、电能质量信息和电网健康状况，并可以通过多种方式使信息共享，通过生成报表、曲线和图形，设置越限报警，及时发现事件发生地点时间，对电能质量和峰谷平周期进行评估诊断，纵向对比，横向比较，寻找用电规律和特性，挖掘潜能，与产品品种结构和产量挂钩，寻求最低电力消费指标，为电网优化、电力调度和经济运行提供决策依据和管理解决方案，使企业切实负起低碳环保的社会责任。

（7）大力推进先进的三维、动态、可视化调度技术，一体化调度支持系统，资产全寿命周期管理系统，用户用电信息采集系统和电力通信等建设，为智能电网建设奠定扎实的基础。

（8）全面实现变电站计算机监控和无人、少人值守，应用地理信息系统(GIS)于输电、变电和配电管理等业务。

（9）建立生产运营管理信息系统，如电网生产运行管理系统、设备检修管理、变电站视频监控系统等，以提高信息化水平和生产效率。

（10）设置覆盖全网的智能传感器，融合和集成新的量测、通讯、控制和决策技术，实现冶金电力系统管理的技术变革。

[1]刘振亚.智能电网技术[M].北京：中国电力出版社，2010.

[2]韩晓平.当能源充满智慧[EB/OL].[2009-08-26].中国能源网.

[3]胡学浩.智能电网——未来电网发展的态势[J].电网技术，2009（14）.

[4]陈树勇，宋书芳，李兰欣等.智能电网技术综述[J].电网技术，2009（8）：33.

A Discussion on Smart Electric Grid Construction in Metallurgical Enterprises

YE Yuanlong
(The Engineering&Technology Co.,Ltd.of Masteel,Maanshan,Anhui 243000,China)

Smart gird has drawn great attention home and abroad and a new energy era represented by smart grid has come.The final objective of smart grid is to achieve economic, high-efficiency,reliable and safe operation of power grid,realize large-scale and high-efficiency utilization of energy including renewable energies and maximize economic,environmental and social benefits.Smart gird technology can be referred to in drawing up technical and management goals for the power grid development of metallurgical enterprises to achieve economic,environmental and social benefits.

smart power grid;characteristics;function;strategy

TM7

B

1006-6764(2014)01-0008-03

2013－03－15

叶远龙（1964－），男，1986年毕业于上海电力学院电力系统及其自动化专业，主任工程师、高级工程师，长期从事冶金工程供配电专业设计研究工作。