摘要:
探讨工业用户在电能质量监测、设备能耗分析、负荷监控管理及厂用光伏新能源发储配等智能用电方面的需求，并建立一个工业用户智能用电监控管理平台，以期推进工业用户智能电网建设，实现节能降耗、能源高效利用的目的。
关键词:
智能用电;工业用户;节能降耗;电能质量
智能用电技术是智能电网的重要组成部分，利用通信、信息、计算机等技术，在供、用电双方良好互动的基础上，为用户提供优质电能与服务，最终实现电能资源的合理分配和高效利用。工业用户属于高耗能企业，存在诸多问题亟待解决:一方面供电系统存在设备能耗大、电能质量差、功率因数低等问题;另一方面企业内部控制管理存在设备监控不足、设备运行状态难以有效把控、生产与经济效益分析不足等问题。此外，国家积极推进社会节能降耗，工业用户在节能降耗方面应发挥应有的作用。已有文献在电网电能质量、配电网新能源及储能、系统能耗分析及用户需求管理等方面开展了智能用电的研究〔1－10〕。文中主要面向工业用户，在电能质量、负荷监控、能耗分析、光伏新能源发储配等方面提出智能用电需求，并建立一套面向工业用户的智能用电监控与管理系统，目的是实现工业用户的节能降耗、安全生产、能源的高效利用，提高企业经济效益，达到国家与企业双赢。
1智能用电监控与管理系统
工业用户智能用电监控与管理系统分为3个部分，分别为设备终端状态信息层、通讯网络及监控与管理主站，结构图如图1所示。监控与管理主站硬件部分包括通信前置机、数据库服务器、Web服务器以及监测计算机。前置机主要负责各数据信息的上传处理，实现终端设备层与主站监测层的数据交互，并将采集的数据进行算法分析后存入数据库服务器;Web服务器将需交互的信息至各部门，实现智能用电的监控与管理。主站软件包括电能质量监控、设备能耗分析、负荷监控、光伏新能源发储配4个功能模块。通讯网络分为无线专网和光纤以太网，可根据实际情况选取。设备终端状态信息包括电能质量终端信息、能耗监控信息、负载监控信息和光伏储能信息。电能质量终端信息包括监测的谐波、三相不平衡、电压波动等电能质量信息量以及有功功率、无功功率、功率因数等信息量，通过以太网或专用无线网传输至监控与管理主站。能耗监控信息包括各生产设备及系统的能耗信息，对于生产设备，需安装专门的电能量测试设备，将实时信息通过以太网传输至监控与管理主站进行分析与控制。负荷监控信息为各主要支路及母线的实时负荷信息。各生产部门与配电网络的TV，TA信号是监控各节点负荷情况的依据，此类信号通过合并单元，由光纤以太网传送至监控与管理主站进行采集、分析。光伏储能信息包括光伏发电量、储能系统的能量信息。监控方式为将光伏并网点以及储能系统并网点的TV，TA信号，通过光纤以太网传送至监控与管理主站进行采集、分析。
2智能用电需求及子系统
2.1电能质量监测
工业用户，如炼钢、化工企业等，一般采用大功率电力电子器件，且负荷类型为非线性，是电力系统主要的谐波源，可引起谐波污染、电压波动、三相不平衡等电能质量问题。为实时掌控电能质量状况，可通过在若干重要节点安装电能质量监测终端，对关注的电能质量指标进行实时监控，并将在线监测数据传输至后台进行分析。电能质量在线监测系统的相关技术问题有以下几个方面:1)监测点应选择主要的母线，如主变的高压侧、10kV配变母线以及谐波污染严重的供电线路，如有大功率电力电子器件的生产线路、光伏等新能源并网点等;2)在线监测终端应符合国家相关标准，如《电能质量监测终端技术规范》、《电能质量监测设备通用要求》等，具有统计所有电能质量稳态指标以及电压暂降、短时中断等暂态指标功能，精度应不低于0.5级;3)通讯网络可采用厂内以太网，或GPS，CDMA等无线网络。
2.2负荷监控管理
负荷监控管理是对用户的供电设备、重要生产负荷的监控，监控指标包括电网及设备运行状况、电压电流状况等，监控数据可从电能质量监测模块及计量表获取。根据负荷类型的不同可将负荷分为重要生产负荷、厂用一般动力负荷、厂用照明负荷等，可采用不同监控管理模式，分别建立重要安全等级，根据监控情况，对可能发生的状况及时预警信息，并制定相应的应对措施，避免引起安全生产事故。对重要生产负荷的监控管理模式可采用以下方式:1)根据设备运行信息判断设备是否正常运行;2)根据电压、电流、功率以及功率因数等信息量判断负荷生产阶段及效果，以此采取有载调压、投退谐波治理与无功补偿设备;3)正常运行时，能及时预警信息，实现监控主站与生产现场的信息交互;在设备存在故障时，能实现对设备的及时有效控制。
2.3设备能耗监控分析
能耗分析是通过技术手段掌握工业用户主要供电设备、生产线路的能耗情况，通过分析帮助用户查找导致能耗增加的设备、工艺和管理缺陷，以期在技术改进、生产工艺、以及管理等多方面提出降低能耗、合理用电的措施，达到节约用电、提高效益、节约电费的目的，同时也能为大电网的安全运行提供保障。能耗监控可采用在线采集的模式，以大功率整流系统为例。由于应监测各供电设备的实时功率，因此需在各测点安装采集终端，并采用同步触发采集机理，确保设备效率、能耗计算的正确与合理性。采集的数据通过光纤以太网传至监控与管理主站。根据能耗监控分析结果，结合负荷情况、用电需求、经济成本及国家相关政策，有针对性地采取智能、高效用电措施，如通过调节开关档位调压、调节可控器件的控制方式等提高设备运行效率，减少设备损耗;提高生产工艺，根据负荷特性采用不同的控制方式，降低产品单位能耗;调整生产时段与方案，错开用电高峰期，在产量不变的情况下减少电费支出;开展谐波治理投入的经济性评价，制定最优的谐波治理装置投退策略。该功能可通过交互的模式为电力用户提供高效的用电控制与管理，实现各类能耗指标、能源利用率评价、用电经济性评价等方面的综合分析。
2.4光伏能源发储配管理
近几年来，随着国家对光伏等新能源的大力支持，光伏在工业用户中取得了迅速发展。但由于光伏发电的波动性、周期性等特点，光伏的高效利用一直是一个难题，因此光伏储能应运而生。储能技术主要有蓄电池储能、超级电容储能、飞轮储能和超导磁储等集中形式，在微网中可实现需求侧管理、削峰填谷、降低供电成本，以及促进可再生能源应用、提高系统稳定性和电能质量的功能。可在以下几方面开展光伏能源储配管理应用研究:1)根据用户需求及成本，探讨储能系统产生的经济效益与建设储能系统的成本关系，合理选取储能配置设备;2)结合用户负荷情况，合理选择光伏发电的储能控制策略，兼顾用电可靠性、电能质量和电网的削峰填谷，实现光伏的高效利用;3)加强储能设备状态监控管理，实现最优化的储能系统运作模式。
3结论
用电是电力供配中最关键的环节之一，用户的智能用电，特别是高耗能工业用户的智能用电，是智能电网建设不可或缺的一部分，对智能电网建设、节能降耗均具有重要意义。文中通过对工业用户的电能质量监测、设备能耗监控分析、负荷监控管理以及光伏能源发储配管理等智能需求的研究，提出了一套工业用户智能用电监控与管理系统，在实现高耗能行业的节能降耗、电能高效利用、保护环境等方面将具有重要的推动作用。
作者：宁志毫 单位：国网湖南省电力公司电力科学研究院
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