一種工業(yè)企業(yè)廠級電力需量控制系統(tǒng)及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種工業(yè)企業(yè)廠級電力需量控制系統(tǒng)及裝置，包括如下內(nèi)容：該系統(tǒng)由優(yōu)化調(diào)度層的電力需量優(yōu)化分析模塊、監(jiān)控層的電力需量控制裝置和常規(guī)控制層的電力需量執(zhí)行裝置構(gòu)成，其中，優(yōu)化調(diào)度層與監(jiān)控層采用MODBUS-TCP方式進行通訊，裝置之間采用GOOSE方式進行通訊，該系統(tǒng)由電力需量優(yōu)化分析模塊根據(jù)預(yù)測及趨勢分析結(jié)果，結(jié)合電力需量流程網(wǎng)絡(luò)的實時信息，計算出需量控制目標(biāo)值，然后下發(fā)給監(jiān)控層的電力需量控制裝置，該裝置根據(jù)所轄區(qū)域控制對象的實際運行狀態(tài)，對負(fù)荷調(diào)整量進行優(yōu)化計算，并將控制命令下發(fā)給常規(guī)控制層的電力需量執(zhí)行裝置，實現(xiàn)對控制對象的閉環(huán)控制。
【專利說明】-種工業(yè)企業(yè)廠級電力需量控制系統(tǒng)及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于工業(yè)生產(chǎn)過程的控制領(lǐng)域，特別涉及一種廠級電力需量控制系統(tǒng)及裝 置。

【背景技術(shù)】
[0002] 在工業(yè)企業(yè)的各項成本中，電費已成為緊隨物料成本、人工成本之后的第三或第 四項大最大的成本，特別是在某些高耗能企業(yè)中，電費已成為最主要的成本然而，許多企業(yè) 由于管理、工藝、技術(shù)等各方面原因，用電利用效率偏低，具有較高的節(jié)能潛力，因此通過電 力節(jié)能技術(shù)的采用，降低電費支出成本、提高利潤空間已經(jīng)引起了越來越多工業(yè)企業(yè)的關(guān) 注和重視。
[0003] 目前我國對于大型工業(yè)企業(yè)用戶中受電變壓器容量在315kVA或用電設(shè)備裝機容 量在315kVA以上的用戶，實行兩部制電價，即電度電價和基本電價，基本電價是按照工業(yè) 企業(yè)的變壓器容量或最大需量（即每月中每15分鐘或30分鐘平均負(fù)荷的最大值）作為計 算電價的依據(jù)，有供電部門與用電部門簽訂合同，確定限額，每月固定收取，不以實際耗電 數(shù)量為轉(zhuǎn)移；電度電價，是按用電部門實際耗電度數(shù)計算的電價。最大需量指計量在一定結(jié) 算期內(nèi)（一般為一個月）某一段時間（15分鐘或30分鐘）客戶用電的平均功率，保留其最 大一次指示值作為該結(jié)算期的最大需量。對于采用"最大需量"作為基本電價計費的工業(yè) 企業(yè)應(yīng)合理安排各工序的運行方式，盡量避免大功率設(shè)備同時啟動或運行，特別要對具有 沖擊性負(fù)荷特性的工序進行有效的控制，減少企業(yè)的峰值負(fù)荷，而要實現(xiàn)上述目標(biāo)，要靠人 為操作很難做到，需要依靠電力需量控制系統(tǒng)對企業(yè)需量進行控制，通過功率改變、功率延 時、功率切除等手段實現(xiàn)對企業(yè)用電的合理調(diào)配，減少沖擊電流對電力設(shè)備的影響，提高企 業(yè)用電質(zhì)量，降低企業(yè)用電成本。
[0004] 現(xiàn)有最大需量控制裝置一般都采用單一裝置的方式對需量考核點設(shè)備進行監(jiān)視 和控制，無法建立企業(yè)廠級電力需量控制模型，在控制時不能兼顧其它工序的用電負(fù)荷情 況；沒有配置電力需量執(zhí)行裝置，沒有自身的采集單元，只能通過電度表來采集電度信息， 較難采集控制設(shè)備的工藝數(shù)據(jù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的，在于提供一種工業(yè)企業(yè)廠級電力需量控制系統(tǒng)，其通過建立工業(yè) 企業(yè)三層電力需量優(yōu)化控制模式，合理安排企業(yè)各用電工序的運行方式，盡量避免大功率 設(shè)備同時啟動或運行，特別要對具有沖擊性負(fù)荷特性的工序進行有效的控制，通過功率改 變、功率延時、功率切除等手段實現(xiàn)對企業(yè)用電的合理調(diào)配，減少沖擊電流對電力設(shè)備的影 響，提高企業(yè)用電質(zhì)量，降低企業(yè)用電成本。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0007] -種工業(yè)企業(yè)廠級電力需量控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由優(yōu)化調(diào)度層的電力需量優(yōu)化分析 模塊、監(jiān)控層的電力需量控制裝置和常規(guī)控制層的電力需量執(zhí)行裝置構(gòu)成，其中，優(yōu)化調(diào)度 層與監(jiān)控層采用MODBUS-TCP方式進行通訊，裝置之間采用GOOSE方式，該系統(tǒng)由電力需量 優(yōu)化分析模塊根據(jù)預(yù)測及趨勢分析結(jié)果，結(jié)合電力需量流程網(wǎng)絡(luò)的實時信息，計算出需量 控制目標(biāo)值，然后下發(fā)給所述監(jiān)控層的電力需量控制裝置，所述監(jiān)控層的電力需量控制裝 置根據(jù)所轄區(qū)域控制對象的實際運行狀態(tài)，對負(fù)荷調(diào)整量進行優(yōu)化計算，并將控制命令下 發(fā)給常規(guī)控制層的電力需量執(zhí)行裝置，實現(xiàn)對控制對象的閉環(huán)控制。
[0008] 上述方案中：優(yōu)化調(diào)度層的電力需量優(yōu)化分析模塊由電力需量流程網(wǎng)絡(luò)建模、負(fù) 荷預(yù)測、趨勢分析、優(yōu)化決策和控制服務(wù)五部分組成：
[0009] a)電力需量流程網(wǎng)絡(luò)建模根據(jù)工業(yè)企業(yè)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和用電特點，將電源點、輸電 設(shè)備、終端負(fù)荷，采用圖模庫一體化建模方法進行建模，形成廠級電力需量流程網(wǎng)絡(luò)模型； [0010] b)負(fù)荷預(yù)測針對工業(yè)企業(yè)的用電負(fù)荷的負(fù)荷特性，分為三種類型進行預(yù)測：供電 關(guān)口負(fù)荷預(yù)測、等值用電負(fù)荷預(yù)測、特殊工序負(fù)荷預(yù)測，其中，供電關(guān)口負(fù)荷預(yù)測應(yīng)用在需 量考核點，等值用電負(fù)荷預(yù)測適用于用電負(fù)荷大，負(fù)荷變化平穩(wěn)的工序負(fù)荷，特殊工序負(fù)荷 預(yù)測用于負(fù)荷變化較大的沖擊性負(fù)荷；
[0011] c)趨勢分析以企業(yè)合同約定的最大需量為基準(zhǔn)，結(jié)合負(fù)荷預(yù)測結(jié)果分析判斷目前 的功率消耗情況，準(zhǔn)確地判斷出增加或減少負(fù)荷的最好時機
[0012] d)優(yōu)化決策根據(jù)趨勢分析的結(jié)果，計算需要調(diào)節(jié)的電力需量總量，結(jié)合可控設(shè)備 的運行狀態(tài)，并采用相似裕度的方法計算出各監(jiān)控層電力需量控制裝置的需量控制目標(biāo) 值；
[0013] e)控制服務(wù)將優(yōu)化決策產(chǎn)生的需量控制目標(biāo)值，經(jīng)過有效性校驗后，通過 M0DBUS-TCP的通訊方式下發(fā)給監(jiān)控層的裝置，并接收其上傳的現(xiàn)場數(shù)據(jù)和控制反饋值。
[0014] 本發(fā)明還提供一種工業(yè)企業(yè)廠級電力需量控制裝置，位于監(jiān)控層，所述電力需量 控制裝置有數(shù)據(jù)分析處理、電力需量優(yōu)化分配、控制指令處理三個基本模塊組成；所述電力 需量控制裝置接受上級的控制目標(biāo)值，結(jié)合所轄控制區(qū)的控制設(shè)備的運行狀態(tài)進行優(yōu)化分 配，并將控制信息下發(fā)給控制電力需量執(zhí)行裝置，實現(xiàn)對現(xiàn)場控制設(shè)備的閉環(huán)控制。
[0015] 上述方案中：所述控制裝置的數(shù)據(jù)分析模塊處理對上接受優(yōu)化調(diào)度層的控制目標(biāo) 值及系統(tǒng)閉鎖信號，并將各用電設(shè)備的功率、電力需量和控制限值上傳到優(yōu)化調(diào)度層；對下 實時采集電力需量執(zhí)行裝置采集的現(xiàn)場可控用電設(shè)備的模擬量信號、開關(guān)量信號。
[0016] 上述方案中：所述優(yōu)化分配具體指：電力需量控制裝置根據(jù)優(yōu)化調(diào)度層下發(fā)的控 制目標(biāo)值，結(jié)合裝置實時采集數(shù)據(jù)，依據(jù)各可控用電設(shè)備的生產(chǎn)成本曲線，采用動態(tài)規(guī)劃的 方法進行優(yōu)化分配，生成合理的控制命令。
[0017] 上述方案中：所述電力需量執(zhí)行裝置采集現(xiàn)場可控用電設(shè)備的電壓、電流、功率、 電度等模擬量信號及現(xiàn)場開關(guān)量信號，上送給上層的電力需量控制裝置；并接受上層下發(fā) 的控制命令，實現(xiàn)現(xiàn)場可控用電設(shè)備的功率改變、功率延時和功率切除。
[0018] 采用上述方案后，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
[0019] (1)自上而下采用三層（優(yōu)化調(diào)度層、監(jiān)控層、常規(guī)控制層）的電力需量控制模式， 明確了各級的控制任務(wù)，提高了控制的安全性；
[0020] (2)采用基于流程網(wǎng)絡(luò)的圖模庫一體化技術(shù)建立工業(yè)企業(yè)廠級電力需量流程網(wǎng)絡(luò) 模型，實現(xiàn)了電力需量的動態(tài)拓?fù)洌?br> [0021] (3)對用電負(fù)荷按負(fù)荷特性進行分類處理，形成以供電關(guān)口負(fù)荷預(yù)測、等值用電負(fù) 荷預(yù)測、特殊用電設(shè)備負(fù)荷預(yù)測的工業(yè)企業(yè)電力負(fù)荷預(yù)測機制；
[0022] (4)通過電力需量執(zhí)行裝置，實現(xiàn)對現(xiàn)場可控用電設(shè)備電壓、電流、電度、工藝數(shù)據(jù) 的采集及對設(shè)備的閉環(huán)控制；
[0023] (5)利用本發(fā)明可以對企業(yè)用電的合理調(diào)配，減少沖擊電流對電力設(shè)備的影響，提 高企業(yè)用電質(zhì)量，降低企業(yè)用電成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 圖1是廠級電力需量控制系統(tǒng)的三層控制結(jié)構(gòu)；
[0025] 圖2是電力需量控制裝置的功能設(shè)計圖。

【具體實施方式】
[0026] 以下將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細(xì)說明。
[0027] 圖1給出了廠級電力需量控制系統(tǒng)的三層控制結(jié)構(gòu)，分別為優(yōu)化調(diào)度層主站電力 需量優(yōu)化分析模塊、監(jiān)控層的電力需量控制裝置和常規(guī)控制層的電力需量執(zhí)行裝置。
[0028] 1)電力需量優(yōu)化分析模塊包括流程網(wǎng)絡(luò)模型、負(fù)荷預(yù)測、趨勢分析和優(yōu)化決策四 個主要功能。由于在工業(yè)企業(yè)中并不是所有工序或電力設(shè)備都與需量控制相關(guān)，因此需要 根據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)實際，采用基于流程網(wǎng)絡(luò)的圖模庫一體化化技術(shù)，建立反映工業(yè)企業(yè)電力 需量的流程網(wǎng)絡(luò)模型；并通過模型設(shè)備索引建立結(jié)點模型與設(shè)備模型的關(guān)系，并通過自動 映射技術(shù)實現(xiàn)流程網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集；
[0029] 根據(jù)電力需量流程網(wǎng)絡(luò)模型中結(jié)點設(shè)備負(fù)荷特性的不同，將采用不同的預(yù)測模型 和算法進行預(yù)測，具體包括供電關(guān)口負(fù)荷預(yù)測、等值用電負(fù)荷預(yù)測、特殊工序負(fù)荷預(yù)測。供 電關(guān)口是指企業(yè)與供電部門約定的最大需量的監(jiān)測點；等值用電負(fù)荷是指將企業(yè)同種類型 的用電負(fù)荷進行疊加，以減少預(yù)測測點數(shù)量；特殊工序負(fù)荷是指對企業(yè)內(nèi)負(fù)荷波動較大，對 企業(yè)關(guān)口需量有較大影響的用電工序；
[0030] 趨勢分析以企業(yè)最大需量合同定值為標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合負(fù)荷預(yù)測結(jié)果分析判斷目前的功 率消耗情況，準(zhǔn)確而智能地判斷出增加或減少負(fù)荷的最好時機；
[0031] 優(yōu)化決策根據(jù)趨勢分析的結(jié)果，結(jié)合控制參數(shù)的設(shè)定情況，采用相似裕度的方法 計算各控制區(qū)域的需量控制目標(biāo)值，并下發(fā)給電力需量控制裝置。
[0032] 2)根據(jù)企業(yè)電力需量控制的區(qū)域不同可以配置若干個電力需量控制裝置，每個裝 置都與主站建立通訊連接，接受上級的控制目標(biāo)值及系統(tǒng)閉鎖信號；實時采集電力需量執(zhí) 行裝置現(xiàn)場采集的現(xiàn)場可控用電設(shè)備的模擬量信號、開關(guān)量信號，并將優(yōu)化分配后的控制 命令下發(fā)給電力需量執(zhí)行裝置。
[0033] 3)電力需量執(zhí)行裝置采集現(xiàn)場可控用電設(shè)備的電壓、電流、功率、電度等模擬量信 號及現(xiàn)場開關(guān)量信號，上送給上層的電力需量控制裝置；并接受上層下發(fā)的控制命令，實現(xiàn) 現(xiàn)場可控用電設(shè)備的功率改變、功率延時和功率切除；控制命令可以直接下發(fā)給現(xiàn)場可控 用電設(shè)備，也可以通過將命令下發(fā)給PLC控制系統(tǒng)，由PLC完成對現(xiàn)場設(shè)備的閉環(huán)控制。
[0034] 圖2為電力需量控制裝置的功能設(shè)計圖：電力需量控制裝置主要由數(shù)據(jù)分析處 理、電力需量優(yōu)化分配、控制指令處理三個功能模塊組成。
[0035] 數(shù)據(jù)分析處理是電力需量控制的基礎(chǔ)，對上接受上級的控制目標(biāo)值并判斷是否可 用；對下從電力需量執(zhí)行裝置采集各可控用電設(shè)備的狀態(tài)信號，為電力需量優(yōu)化分配提供 準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息；
[0036] 電力需量優(yōu)化分配包括功率反饋和偏計算、需量優(yōu)化分配策略的實現(xiàn)。接受優(yōu)化 調(diào)度層下發(fā)的控制目標(biāo)值，結(jié)合本區(qū)域的實時用電負(fù)荷，通過計算控制偏差量，并在所轄可 控用電設(shè)備間進行優(yōu)化分配，將控制命令下發(fā)給電力需量執(zhí)行裝置。
[0037] 本發(fā)明可用于大型工業(yè)企業(yè)電力需量控制、中小企業(yè)區(qū)域負(fù)荷控制、企業(yè)電力負(fù) 荷特性分析與統(tǒng)計以及采用"最大需量"作為基本電價計費的商貿(mào)企業(yè)。
[0038] 綜上，本發(fā)明一種工業(yè)企業(yè)廠級電力需量控制系統(tǒng)，采用基于流程網(wǎng)絡(luò)的圖模庫 一體化技術(shù)建立電力需量控制流程網(wǎng)路模型，通過負(fù)荷預(yù)測及趨勢分析獲取電力需量控制 相關(guān)工序及設(shè)備的未來變化趨勢，制定切實有效的需量控制策略，并將需量控制值下發(fā)給 需量控制裝置，經(jīng)優(yōu)化分配后，由執(zhí)行裝置實現(xiàn)對需量控制調(diào)節(jié)設(shè)備的閉環(huán)控制，最終實現(xiàn) 降低峰值需量、消峰填谷、降低企業(yè)供電費用、節(jié)約生產(chǎn)成本的目的。
[0039] 以上實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是 按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護范圍 之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種工業(yè)企業(yè)廠級電力需量控制系統(tǒng)，其特征在于：該系統(tǒng)由優(yōu)化調(diào)度層的電力需 量優(yōu)化分析模塊、監(jiān)控層的電力需量控制裝置和常規(guī)控制層的電力需量執(zhí)行裝置構(gòu)成，其 中，優(yōu)化調(diào)度層與監(jiān)控層采用MODBUS-TCP方式進行通訊，裝置之間采用GOOSE方式，該系統(tǒng) 由電力需量優(yōu)化分析模塊根據(jù)預(yù)測及趨勢分析結(jié)果，結(jié)合電力需量流程網(wǎng)絡(luò)的實時信息， 計算出需量控制目標(biāo)值，然后下發(fā)給所述監(jiān)控層的電力需量控制裝置，所述監(jiān)控層的電力 需量控制裝置根據(jù)所轄區(qū)域控制對象的實際運行狀態(tài)，對負(fù)荷調(diào)整量進行優(yōu)化計算，并將 控制命令下發(fā)給常規(guī)控制層的電力需量執(zhí)行裝置，實現(xiàn)對控制對象的閉環(huán)控制。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)企業(yè)廠級電力需量控制系統(tǒng)，其特征在于：優(yōu)化調(diào)度 層的電力需量優(yōu)化分析模塊由電力需量流程網(wǎng)絡(luò)建模、負(fù)荷預(yù)測、趨勢分析、優(yōu)化決策和控 制服務(wù)五部分組成： a) 電力需量流程網(wǎng)絡(luò)建模根據(jù)工業(yè)企業(yè)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和用電特點，將電源點、輸電設(shè) 備、終端負(fù)荷，采用圖模庫一體化建模方法進行建模，形成廠級電力需量流程網(wǎng)絡(luò)模型； b) 負(fù)荷預(yù)測針對工業(yè)企業(yè)的用電負(fù)荷的負(fù)荷特性，分為三種類型進行預(yù)測：供電關(guān)口 負(fù)荷預(yù)測、等值用電負(fù)荷預(yù)測、特殊工序負(fù)荷預(yù)測，其中，供電關(guān)口負(fù)荷預(yù)測應(yīng)用在需量考 核點，等值用電負(fù)荷預(yù)測適用于用電負(fù)荷大，負(fù)荷變化平穩(wěn)的工序負(fù)荷，特殊工序負(fù)荷預(yù)測 用于負(fù)荷變化較大的沖擊性負(fù)荷； c) 趨勢分析以企業(yè)合同約定的最大需量為基準(zhǔn)，結(jié)合負(fù)荷預(yù)測結(jié)果分析判斷目前的功 率消耗情況，準(zhǔn)確地判斷出增加或減少負(fù)荷的最好時機 d) 優(yōu)化決策根據(jù)趨勢分析的結(jié)果，計算需要調(diào)節(jié)的電力需量總量，結(jié)合可控設(shè)備的運 行狀態(tài)，并采用相似裕度的方法計算出各監(jiān)控層電力需量控制裝置的需量控制目標(biāo)值； e) 控制服務(wù)將優(yōu)化決策產(chǎn)生的需量控制目標(biāo)值，經(jīng)過有效性校驗后，通過MODBUS-TCP 的通訊方式下發(fā)給監(jiān)控層的裝置，并接收其上傳的現(xiàn)場數(shù)據(jù)和控制反饋值。
3. -種工業(yè)企業(yè)廠級電力需量控制裝置，其特征在于，位于監(jiān)控層，所述電力需量控制 裝置有數(shù)據(jù)分析處理、電力需量優(yōu)化分配、控制指令處理三個基本模塊組成；所述電力需量 控制裝置接受上級的控制目標(biāo)值，結(jié)合所轄控制區(qū)的控制設(shè)備的運行狀態(tài)進行優(yōu)化分配， 并將控制信息下發(fā)給控制電力需量執(zhí)行裝置，實現(xiàn)對現(xiàn)場控制設(shè)備的閉環(huán)控制。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種工業(yè)企業(yè)廠級電力需量控制裝置，其特征在于：所述控制 裝置的數(shù)據(jù)分析模塊處理對上接受優(yōu)化調(diào)度層的控制目標(biāo)值及系統(tǒng)閉鎖信號，并將各用電 設(shè)備的功率、電力需量和控制限值上傳到優(yōu)化調(diào)度層；對下實時采集電力需量執(zhí)行裝置采 集的現(xiàn)場可控用電設(shè)備的模擬量信號、開關(guān)量信號。
5. 如權(quán)利要求3所述的一種工業(yè)企業(yè)廠級電力需量控制裝置，其特征在于：所述優(yōu)化 分配具體指：電力需量控制裝置根據(jù)優(yōu)化調(diào)度層下發(fā)的控制目標(biāo)值，結(jié)合裝置實時采集數(shù) 據(jù)，依據(jù)各可控用電設(shè)備的生產(chǎn)成本曲線，采用動態(tài)規(guī)劃的方法進行優(yōu)化分配，生成合理的 控制命令。
6. 如權(quán)利要求3所述的一種工業(yè)企業(yè)廠級電力需量控制裝置，其特征在于：所述電力 需量執(zhí)行裝置采集現(xiàn)場可控用電設(shè)備的電壓、電流、功率、電度等模擬量信號及現(xiàn)場開關(guān)量 信號，上送給上層的電力需量控制裝置；并接受上層下發(fā)的控制命令，實現(xiàn)現(xiàn)場可控用電設(shè) 備的功率改變、功率延時和功率切除。
【文檔編號】H02J13/00GK104113140SQ201410354083
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月23日
【發(fā)明者】郝飛, 趙剛, 姜彬, 沈全榮, 谷峰, 臧峰, 黃凱, 解凱 申請人:南京南瑞繼保電氣有限公司, 南京南瑞繼保工程技術(shù)有限公司