钢铁厂负荷稳控电能质量在线监测系统的开发与应用

刘悦

（山东商业职业技术学院，山东济南250014）

钢铁厂负荷稳控电能质量在线监测系统的开发与应用

刘悦

（山东商业职业技术学院，山东济南250014）

钢铁厂所用大多是非线性负荷，造成区域电网波形畸变、电压波动、闪变、晃电等一系列电能质量问题。针对这种情况，采用在线监测技术，建立负荷稳控电能质量（PQ）在线监测系统，可实时采集企业配电网的运行数据，并对数据进行管理和分析。保证了钢铁企业配电网的安全运行，降低了用电成本。

电能质量（PQ）；负荷稳控；在线监测；节能

1　前　言

钢铁企业所用负荷多为轧机、电弧炉、中频炉、电葫芦、整流设备、换流设备、变频器等非线性负荷，此类负荷的积聚造成了电力系统电压畸变、电流畸变、电压波动、闪变、晃电以及三相不平衡等严重的电能质量问题。这些问题不仅导致大量的电能损耗，而且直接影响到电力系统的稳定运行和用电设备的安全。近年来，钢铁行业普遍产能过剩，适时淘汰落后的电气设备、更换节能型变压器和电网改造等节能降耗措施更是被提到首要议程。因此，钢铁行业需加大电力需求侧管理水平，建立完备的电能质量在线监测机制，通过强化区域电网的电能质量在线监测，提升钢铁行业优化电能效率，良好控制负荷优化组合稳定运行，发展节能型钢铁工业，提高新型钢铁企业的用电经济性、安全性和高效性。

2　负荷稳控电能质量在线监测系统的应用

负荷稳控电能质量在线监测可广泛应用于钢铁、石油、炼化、医药等大型企业生产的各个方面。首先，负荷稳控电能质量在线监测数据可应用于传统变电站向智能变电站建设中的优化设计，根据在线监测谐波参数，对变电站所用变压器、电容补偿、谐波处理、电压稳定装置等电气参数进行电能质量综合分析，确定参数的合理与否。其次，负荷稳控电能质量在线监测系统可详细记录电力系统事故发生前后及事故期间的所有波形和数据，根据这些波形和数据，评估事故过程中电网的表现，捕捉一切瞬时事件，详尽分析事故原因，准确定位故障点。另外，该系统可用于评价电网区域性污染程度，考量大功率冲击性负荷瞬间尖峰导致的高附加电费，解决冲击性负荷对电网造成的频繁扰动，减少企业电能损失。最后，负荷稳控电能质量在线监测系统可用于寻找电能质量污染源，区分污染责任，做到职责分明。

3　负荷稳控电能质量在线监测管理系统

3.1构建智能在线监测网络

负荷稳控电能质量监测管理系统的网络构建由各现场监测终端、各区域子站和能源管控中心三部分构成，通过梯度分层、分权限实现对企业电网电能质量的分析和管理（见图1和图2）。

用于现场监测的监测终端，其主要功能是实现电能质量指标的实时监测和数据上传；各区域子站点负责管理所辖子站内的电能质量状况，上报地区电能质量数据分析报告；能源管控中心由该中心数据库服务器、WEB服务器和管理终端组成，负责管理主网构架，并对系统电能质量影响较大的点和子站以及电能质量污染严重的网点进行信息筛选，最后形成企业区域电网电能质量综合分析评估报告。

图1　电能质量分级管理体系

图2　电能质量在线监测子系统

3.2移植PQ在线监测子集

将电能质量（PQ）在线监测子集成功移植入智能变电站联网运营，是负荷稳控系统整体运行的关键环节。该子集采用DSP技术和WIN8改进操作平台，建立多兼容性的高速实时谐波分析及故障录波测试系统，具有多窗口同时远程配置、权限共享更新调用数据等智能通讯功能。单子集测试可拓扑8个电流通道，每个通道的采样率为每周波256点，多子集协同可设置监测屏。

在子集移植中，电压电流通过高精度传感器转换成电压信号，经过专项定制的抗混叠滤波器滤波，通过DSP及FPGA进行高速实时数据采集，由USB2.0数据总线与工业控制卡进行数据交换，进而实现在各类型复杂负荷按需稳定运行的背景下，对区域电网电能质量数据进行全天候不间断的监测、记录、运算和合成。

3.2开发负荷稳控PQ监管软件

负荷稳控PQ监管软件的开发是依据国标和IEC相关标准，结合国家电网电能质量管理工作的实际，开发的一套完整的负荷稳控电能质量监测管理软件平台。主要亮点如下：

1、终端导航功能

按照钢铁企业电网各个级别分别进行展开，逐级找到对应的变电站和监测终端，点击测试终端，可以查看终端的详细配置信息、事件列表、趋势图、统计报表等。

2、查看报表功能

主要有：日报表、月报表、年报表。

系统针对某一母线或者线路的数据进行报表查询、统计和分析。数据类型包括谐波的超标数据、正常数据、综合数据、闪变数据等，还可以根据客户需求，灵活定制报表。报表支持OFFICE数据格式兼容。

3、瞬态事件分析

瞬态事件分析主要针对电压骤升、电压骤降、电压短时中断等事件进行录波，进而进行调用分析，以图表的方式给出事件过程的细节分析及影响分析。

4、用户账号管理

系统可对用户账号进行查看、修改密码、修改相关账号信息等。

5、系统管理功能

系统可以进行账号管理、行政单位管理、变电站管理、监测终端、菜单管理。为了保证系统正常运行，现仅允许超级管理员进入。超级管理员可以进行账号设置，可以添加、修改、删除账号信息，可以设置新的角色、权限等。

6、专家管理

专家系统由数据分析、分析报告浏览等两个子系统组成。通过历史数据的分析，专家系统可以形成一些结论性的报告。更有利于分析电网状况和缺陷原因。数据分析子系统将历史数据库中的数据进行各项指标分析，可以对某一监测点进行分析，也可以对局域网进行分析，按不同的需求进行不同性质的分析，有概率分析、趋势分析、统计分析、比较分析等等，最后形成一定风格的电能质量指标分析报告存于历史数据库中，供各类有权限人员查询。

7、接口应用软件

负责与其他厂商的监测系统进行对接，实现信息及资源共享。分为两种运行模式：被动模式，用于把本套系统的数据传给其他厂商的监测系统，本套系统相当于下级监控中心，其他厂商相当于上级监控中心；主动模式，用于接其他厂商监测系统的数据输入到本套系统中，这样其他厂商相当于下级监控中心，而本套系统则是上级监控中心。本系统的接口应用功能实现了数据共享以及不同厂商之间设备的无缝接入。

4结语

通过构建负荷稳控电能质量在线监测系统，可及时清楚的了解钢铁厂电网运行状况和所有设备的用电状况，尤其是大功率冲击性负荷运行带来的扰动，发现设备运行隐患和高耗能点，合理分配电能使用时间，错开用电高峰，同时可促进企业提高电能质量，以此提高电能利用效率，节能降耗，实现钢铁厂电能质量全系统管理，保证企业以最低成本完成正常用电秩序。负荷稳控电能质量在线监测系统为大区域企业供配电网负荷稳控运行提供了精确的数据保证和完整趋势分析，其在济南钢铁股份有限公司的成功应用，为冶金、炼化等行业提供了新的有力借鉴。

编辑：冯惟榘

Development and Application of Load Stability Control On-line Monitoring System of Power Quality in Iron and Steel Factory

LIU Yue
（Shandong Metallurgical Science Research Institute，Jinan Shandong 250014）

Iron and steel enterprise mostly uses nonlinear load，which causes a series of power quality problems，such as waveform distortion and voltage fluctuation and flicker.According to this condition，load stability control on-line monitoring system of power quality used on-line monitoring technology was established，which can real-timely collect operation data of enterprise distribution network and perform data manage and data analysis.It guarantees safe operation of iron and steel enterprise distribution network and decreases the cost of using power.

Power quality；Load stability control；online monitoring；energy saving

F326

A

2095-7327（2016）-01-0048-03

刘悦（1981-）女，山东菏泽人，山东商业职业技术学院教师，硕士，研究方向：电力系统及其自动化。