电力需求侧管理及智能电力监控技术在交通运输设备制造行业错峰限电中的应用

一、 行业用户用电特性分析
    交通运输设备制造业按国民生产行业可细分为以下34种制造行业：铁路运输设备制造、铁路机车车辆及动车组制造、工矿有轨专用车辆制造、铁路机车车辆配件制造、铁路专用设备及器材、配件制造、船舶及浮动装置制造、金属船舶制造、非金属船舶制造、娱乐船和运动船的建造和修理、船用配套设备制造、船舶修理及拆船、航标器材及其他浮动装置、其他交通运输设备制造的制造等34种制造行业。
    交通运输设备制造业的范围较广泛，基本都属于非连续性生产单位。交通运输设备制造（船舶制造）业的用户数目较多，负荷大小从几十千瓦到几千千瓦都有，个别企业甚至还超过一万千瓦。
    该行业用户一般生产时间为8：00～21：00，也有24小时连续生产的。一般早峰时间段是全天的生产高峰和用电高峰；深夜产量最低是用电低谷期。用电峰谷差率特别大，日负荷曲线属于典型的“中间高、两头低”形态。少部分连续生产的交通运输设备制造业用户其负荷曲线相对较平稳，负荷波动在20％左右。在高温或严寒季节，随着温度的变化，该类企业的用电需求也随着空调的使用有显著上升。从全年来看，该类企业年用电曲线呈现“夏、冬季负荷高”，“春、秋季负荷小”的特点。其中，夏季出现全年最高负荷的概率最大。

交通运输设备制造行业用户设备分类表

二、 行业用户参与错峰限电的能力分析
1. 为保障人民群众生活及电网的安全运行，在电网出现缺口时，可以对交通运输设备制造业用户进行错峰限电。
2. 由交通运输设备制造业用户可中断生产的负荷特性及交通运输设备制造业用户数量众多的特点决定，交通运输设备制造业用户应该是各地错避峰的重点行业。
3. 交通运输设备制造业用户只要提前通知（15~30分钟），措施得当，完全可以充当错峰限电的有生力量。
4. 由交通运输设备制造业用户的主要用电设备可看出，该类用户的绝大部分用电设备都是可以中断用电的，可限负荷比例为60～70%。
5. 交通运输设备制造业用户参与错峰限电有利方面：
限电只减少产量，留有少量保安负荷一般不会造成人员和设备的损伤与损坏。
如果组织得法，完全可以做到负荷“快上快下”。
限电比例较大，春、秋、冬季最大可按实时用电负荷的60%~70%进行限电。
6. 交通运输设备制造业用户参与错峰限电不利方面：
由于每户负荷不很大，限电效果不很明显，要想限下一定数量的负荷需动用较多的用户参加。
由于该行业人均用电负荷不高，每限1万千瓦负荷会造成1000~3000工人没活干，限电时间长了、频繁了易出事。
对船舶制造业用户要留有船舱内通风和照明负荷，保安负荷较其他机械加工行业用户高。
船舶制造业用户有部分露天作业，夜晚工作不安全。
7. 交通运输设备制造业用户错峰的方法对于交通运输设备制造业来讲，大部分用电设备都可以参与错峰限电，错峰的主要办法有：
将空调温度设定在26℃～28℃；
减少部分照明、办公空调的负荷等；
调整上下班时间，避免高峰时段限电后没电用的状况；
将用电大设备安排在负荷高峰时段进行检修；
安排放假或轮休（生产一周、停产一周；也可执行开三停四）；
关停部分用电设备。
三、 行业用户参与错峰限电技术方案
（一）缺口等级IV级参与方案
1.阶段性错峰：
    在执行错峰指令、完成错峰指标的前提下，留用基本保安负荷的同时，结合自身生产工艺流程可有选择地在不同时段释放部分设备负荷。
2.紧急错峰
    接到错峰指令后需快速投入可限负荷，然后根据指令逐步释放负荷恢复正常生产。
    本级可停的用电设备有：电开水炉、厂区道路照明、食堂、宿舍、办公空调、办公照明、办公楼电梯、厂房照明、厂房空调、电焊机、弯管机、抛光机、定型机、车床、铣床、刨床、冲床、钻床、空锤机、空压机、切割机、剪板机、喷漆机、烘干机、电镀机、行吊、吊车、拉丝机、镀锌机、鼓风机等。
（二）缺口等级III级参与方案
1. 阶段性错峰：
    在错峰时段内首先投入错峰可限负荷高，响应时间快的可限负荷设备；同时逐步投入响应时间慢的可限负荷，保证所有可限负荷全部参与错峰；
    在执行错峰指令、完成错峰指标的前提下，留用基本保安负荷的同时，结合自身生产工艺流程可有选择地在不同时段释放部分设备负荷。
2. 紧急错峰
    接到错峰指令后需快速投入可限负荷，然后根据指令逐步释放负荷恢复正常生产。
    随着电网缺口的逐步加大，在执行IV级方案的基础上，增停：热处理、溶化炉、高频炉。
（三）缺口等级II级参与方案
1. 阶段性错峰：
    除留用基本保安负荷外，全时段投入所有可参与错峰负荷；
    对于响应时间慢的设备需提前做好参与错峰准备，保证所有可限负荷全额全时段参与错峰。
2. 紧急错峰
    接到错峰指令后需快速投入可限负荷，然后根据指令逐步释放负荷恢复正常生产。
    随着电网缺口的进一步加大，供需矛盾显著时，在执行III级方案的基础上，增停锅炉、水泵、通风机、生产流水线、组装线、数控机床等。
（四）缺口等级I级参与方案
1. 阶段性错峰：
    缺口等级I级时交通运输设备制造业应通过每周“开三停四”的方法、“生产一周停产一周”的方法、以及将“生产班次全部调到夜间生产”的方法实现错峰限电。
2. 紧急错峰：
    在15~30分钟内停除保安外的一切用电设备与所有生产线。
四、 行业用户参与错峰限电风险及注意事项
1. 遇到突然停电，会使工作中的行车失去平衡，将产生倾斜、脱落，机体本身可能损坏、报废，地面的设施、作业人员也可能被砸伤，造成损害和人员伤亡。
2. 一些在高精密数控设备上进行的设备设施，突然停电会造成系统数据丢失，产品报废，设备严重损伤，恢复正常生产需要较长时间，产生重大经济损伤。
3. 溶化炉、高频炉、锅炉等设备如遇突然停电，会使炉膛报废，溶炼的金属溶液报废，且存在发生火灾的隐患。
4. 对船舶制造业用户突然停电，会造成船舱内通风和照明中断，易出现电焊气体中毒和人员跌落事故。
    因此，该行业参与错峰时，企业应根据自身的实际情况，科学、合理地编制内部应急预案，主动配合错峰实施，杜绝恶性事故发生，将损失降到最低。
五、智能电力监控的功能与应用
    无锡某汽车部件有限公司项目，包括高压和低压两个部分。其高压配电系统包括两路10kV进线和两个计量柜，两个电压互感器柜、两个高压出线柜、一个联络柜。Acrel3000电能管理系统实现了对配电室内的高压，低压进线、联络、出线回路进行远程监控高低压配电系统置于同一个电气室中，监控主机以及通讯机柜都放置在本电气室内。
5.1网络结构拓扑图
各个结构层的具体形式如下：

（1）主站层（站控管理层）
    位于监控室内，具体包括：安装有电能管理系统的后台主机等相关外设。负责将通讯间隔层上传的数据解包，进行集中管理和分析，执行相关操作，负责整个变配电系统的整体监控。智能电力监控系统提供专用的通讯功能模块，通过专用的以太网硬件通讯接口，以OPC方式或其它通讯协议向上一级系统（如：BAS 、DCS 或调度系统）发送相关的数据和信息，实现系统的集成。
（2）通讯间隔层（网络通讯层）
    采用通讯管理机，负责与现场设备层的各类装置进行通讯，采集各类装置的数据、参数，进行处理后集中打包传输到主站层，同时作为中转单元，接受主站层下发的指令，转发给现场设备层各类装置。
（3）现场设备层
    位于中低压变配电现场，具体包括：ACR多功能电力仪表，M5系列综保、WHD系列温湿度控制器，负责采集电力现场的各类数据和信息状态，发送给通讯间隔层，同时也作为执行单元，执行通讯间隔层下发的各类指令。
5.2 实现功能
    Acrel-3000型电能管理系统可实时和定时采集现场设备的各电参量及开关量状态（包括三相电压、电流、功率、功率因数、频率、电能、开关位置、设备运行状态，重要回路的谐波棒图等），将采集到的数据直接显示、或通过统计计算生成新的直观数据信息再显示（总系统功率、谐波棒图、功率因子上下限等），并对重要的信息进行数据库存储。
系统主界面
    变配电系统具有CAD一次单线图显示低压配电网络的接线情况。主画面可直观显示各回路的运行状态，并具有回路带电、非带电及故障着色的功能。主要电参量直接显示于人机交互接口并实时刷新。

• 数据存储

    1、数据库管理软件采用主流的、通用的、高性能的专业的实时/历史数据库和企业级关系数据库相结合的方式保存数据，数据管理软件具备开放的、全面的和集成的信息管理方法，具备严格的权限管理功能，可以按照不同的管理角色设置不同的操作密码和口令，授予不同的数据库访问权限，提供数据库实体存取审计机制，以便分角色地维护数据库信息。 

    2、数据完备和安全是极为关键的，提供多种安全保护机制，提供互联网的数据库的数据加密技术，提供从硬盘转移到后端系统过程中的数据加密技术，保障数据安全。

    3、数据库提供数据保护技术，能够利用事务机制对数据库进行自动备份和记录数据备份日志。提供数据修复技术，在数据库损坏的情况下能够及时修复数据，保持数据的完整性。

    4、系统提供实时数据库和历史数据库两部分，实时/历史数据库处理能力要达到10万点/秒以上的吞吐量，在1秒钟内存入所有采集点的数据，历史数据库的存储压缩比要达到30：1以上，历史数据库数据保存期限不小于10年。

• 趋势曲线分析

    系统提供了实时曲线和历史趋势两种曲线分析接口，通过调用相关回路实时曲线接口分析该回路当前的负荷运 行状况。如通过调用某配出回路的实时曲线可分析该回路的电气设备所引起的信号波动情况。系统的历史趋势即系统对所有已存储数据均可查看其历史趋势，方便工程人员对监测的配电网络进行质量分析。

• 报表管理

    系统具有标准的电能报表格式并可根据用户需求设计符合其需要的报表格式，系统可自动统计。可自动生成各种类型的实时运行报表、历史报表、事件故障及告警记录报表、操作记录报表等，可以查询和打印系统记录的所有数据值，自动生成电能的时、日、月、年度报表，根据复费率的时段及费率的设定值生成电能的费率报表，查询打印的起点、间隔等参数可自行设置；系统设计还可根据用户需求量身定制满足不同要求的报表输出功能。

• 事件记录和故障报警

      系统可以设置在电能质量事件发生时、测量值越限、设备状态变化时触发报警。系统报警时能够进行信息语音提示，自动弹出报警画面或触发必要的操作，同时可通知相关人员。

• 用户管理

     本软件可对不同级别的用户赋予不同权限，从而保证系统在运行过程中的安全性和可靠性。如对某重要回路的合/分闸操作，需操作员级用户输入操作口令外，还需工程师级用户输入确认口令后方可完成该操作。

六、主要监控产品

（1）10KV出线回路选ACR330ELH仪表

           该表为电能质量分析仪表，主要功能有：LCD显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限电能计量、复费率电能统计；THDu，THDi、2-31次各次谐波分量；电压波峰系数、电话波形因子、电流K系数、电压与电流不平衡度计算；电网电压电流正、负、零序分量（含负序电流）测量；4DI+3DO（DO3做过压、欠压、过流、不平衡报警）；RS485通讯接口、  Modbus协议或DL/T645规约。

外形尺寸：120×120mm，开孔尺寸：108×108mm。

（2）低压出线回路选ACR220E电力仪表

该表主要功能有：LED显示、全电参量测量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限电能计量；2DI+2DO；RS485通讯接口、Modbus协议。

外形尺寸：96×96mm，开孔尺寸：88×88mm。

（3）节能产品可选导轨表或APF有源滤波装置

照明箱DTSF1352电表主要功能：电流规格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可选、复费率电能统计、电能脉冲输出、RS485通讯接口、Modbus协议或DL/T 645规约可选。外形尺寸：126×89×74mm，7模数。适用于照明箱的电流、电压测量；三相电能计量。

ANAPF系列有源电力滤波装置，以并联方式接入电网，通过实时检测负载的谐波和无功分量，采用PWM变流技术，从变流器中产生一个和当前谐波分量和无功分量对应的反向分量并实时注入电力系统，从而实现谐波治理和无功补偿。

七、设备清单

参考文献：

[1]安科瑞电气股份有限公司系统解决方案.2013.1版.

[2]电力电测数字仪表原理与应用指南 任致程、周中，中国电力出版社 2007.4.

[3] 交通运输设备制造行业错峰限电技术指导.

作者简介：安科瑞 温刚，男，本科，安科瑞电气股份有限公司工程师，主要研究方向为智能电力监控与电能管理系统，
技术交流：13564221630 021-59104849  传真：021-69158302   QQ:2880157863  邮箱：2880157863@qq.com

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