（电气工程专业论文）高电耗企业电能综合管治系统.pdf

i l i l ll li iii ir i i iluiil y 19 0 6 7 5 3 c o m b i n e dp o w e r e n e r g ym a n a g e m e n t a n d i m p r o v e m e n ts y s t e mi n h i g hp o w e rc o n s u m p t i o ne n t e r p r i s e b y w a n gx i a ow e i b e ( h u n a nu n i v e r s i t y ) 2 0 0 6 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro f e n g i n e e r i n g e l e c t r i c a le n g i n e e r i n g i nt h e g r a d u a t esc h o o l o f h u n a nu n i v e r s i t y s u p e r v i s o r p r o f e s s o rt uc h u nm i n g f b r u a r y , 2 0 1 1 学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名：五3 ，乎争日期：三刃7 年弓月2 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密商。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 导师签名： 五、7 ) 十 日期：矿列年乡月2 日 日期：。f 年岁月小日 高电耗企业电能综合管治系统 摘要 近年来，随着能源的紧缺和温室效应的加剧，节能减排、提高能源利用效率 成为世界各国的共识。高电耗企业作为电能消耗的大户，却依旧沿袭着粗放的能 源管理模式，制约着企业能源利用效率提高。与此同时，大量非线性负荷的接入 带来了功率因数过低、谐波严重超标等一系列的电能质量问题，造成大量线损。 本文对如何加强企业电能管理、提高企业电能利用效率、改善电能品质、降低能 耗进行了研究。 本文根据高电耗企业配电网管治的需求出发，提出了配电网电能综合管治的 概念，将能源管理系统和电能质量监测、治理系统有机融合起来，提高企业电能 精细管理能力和利用效率，改善企业配电网电能品质、降低网损、保证用电安全。 提出了总体功能特征和设计规划，采用面向对象的分层分布式结构设计，构建了 三级电能综合管治系统；介绍了系统硬件的选型及安装调试、软件的设计实现， 举例分析了应用效果。设计规范、布局合理的电能综合监测子系统是电能信息的 重要来源。本文根据电能综合管治系统的需要，提出了电能综合监测子系统的功 能特征和规划，构建了基于异构体的电能综合监测子系统；介绍了基于动态链接 库的m o d b u s r t u 采集程序，并介绍了不良数据的辨识和加工、数据存储、越限 判断等数据初步处理方法；介绍了展现、输出和系统管理维护等人机交互系统， w e b 发布的开发和服务功能。体系完备、布局合理的电能质量治理设备是进行无 功补偿和谐波抑制的执行机构，本文提出了一种新型双谐振注入式混合有源滤波 器，分析了其与传统注入式有源滤波器的比较优势；提出了一种适用于d i h a p f 的基于广义积分预处理的p i 控制方法；介绍了p p f 的设计理论，并进行了实例 设计与仿真分析，然后，对整体电能质量治理系统进行了仿真分析。最后，本文 构建了基于复合电价电能综合管治辅助决策子系统，介绍了功能特征和设计规划； 构建了基于灰色模型的优化电能综合预测模型；建立了电能量复合计费指标；并 在此基础上建立了电能优化管治辅助决策模型。 本系统投入运行后，为企业节能降耗责任制的实施及奖惩提供了依据，调动 了广大干部职工参与节能降耗工作的积极性，提高了配电网的功率因数、降低了 谐波电流含有率，大大提高了企业的电能质量，为企业带来了可观的经济效益和 社会效益。 关键词：电能综合管治；异构体结构；双谐振注入式有源滤波器；复合电价； 辅助决策 硕士学位论文 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h e e n e r g ys h o r t a g e a n dt h ei n t e n s i f i c a t i o no ft h e g r e e n h o u s ee f f e c t ，e n e r g yc o n s e r v a t i o n e na n de n e r g ye f f i c i e n c yh a sb e c o m et h ew o r l d c o n s e n s u s e n t e r p r i s e sw i t hh i g hp o w e rc o n s u m p t i o nc o n s u m em o s to ft h ep o w e r e n e r g e ，b u ts t i l lf o l l o w et h ee x t e n s i v ee n e r g ym a n a g e m e n tm o d e ，w h i c hr e s t r i c t st h e u s eo fe n e r g ye f f i c i e n c yb u s i n e s s a tt h es a m et i m e ，al a r g en u m b e ro fn o n l i n e a r l o a d sa r eu s e d ，w h i c hb r i n g sl o wp o w e rf a c t o r ，h a r m o n i c sa n das e r i e so fo t h e rp o w e r q u a l i t yp r o b l e m s ，r e s u l t i n gi nal a r g en u m b e ro fl i n el o s s e s h o wt os t r e n g t h e ne n e r g y m a n a g e m e n t ，e n h a n c ee n e r g y u s ee f f i c i e n c y , i m p r o v ep o w e rq u a l i t ya n dr e d u c e e n e r g yc o n s u m p t i o nw e r es t u d i e di nt h i sa r t i c l e t h ec o n c e p to fi n t e g r a t e dg o v e r n a n c ei s p r o p o s e d b a s e do nt h en e e d so f e n t e r p r i s e sw i t hh i g hp o w e rc o n s u m p t i o n ，i nw h i c he n e r g ym a n a g e m e n ts y s t e ma n d p o w e rq u a l i t ym o n i t o r i n g & c o n t r o ls y s t e m a r ec o m b i n e dt o i m p r o v ee n e r g y m a n a g e m e n ta n de f f i c i e n c y ，t oi m p r o v et h ep o w e rq u a l i t y ，r e d u c en e t w o r kl o s s e sa n d e n s u r ee l e c t r i c a ls a f e t yi ne n t e r p r i s e s t h e n ，t h eo v e r a l lf u n c t i o n a lc h a r a c t e r i s t i c sa n d d e s i g np l a n n i n g ，h i e r a r c h i c a la n dd i s t r i b u t e do b j e c t - o r i e n t e dd e s i g nw a sp u to u tt o b u i l df lc o m p r e h e n s i v et h r e e t i e rg o v e r n a n c es y s t e mp o w e r ；s e l e c t i o na n di n s t a l l a t i o n o fh a r d w a r ea n ds o f t w a r ew a si n t r o d u c e d ，a n da p p l i c a t i o ne f f e c tw a sa n a l y z e db ya n e x a m p l e t h e n ，t h ef u n c t i o n a lc h a r a c t e r i s t i c sa n dp l a no fi n t e g r a t e dp o w e rm o n i t o r i n g s u b s y s t e mb a s e do nt h en e e d so fi n t e g r a t e de n e r g yg o v e r n a n c es y s t e mw e r ep r o p o s e d ， a n di s o m e r sb a s e dt h es u b s y s t e mi sc o n s t r u c t e d ；d y n a m i cl i n kl i b r a r yb a s e dd a t a a c q u i s i t i o np r o g r a m ，d a t ap r o c e s s i n gm e t h o d ss u c ha si d e n t i f i c a t i o na n dp r o c e s s i n g f o rb a dd a t a ，d a t as t o r a g ew e r ei n t r o d u c e d t h e nh u m a n c o m p u t e ri n t e r a c t i o ns y s t e m s ， s u c ha sd i s p l a y ，o u t p u t ，a n ds y s t e mm a n a g e m e n ta n dm a i n t e n a n c e ，w e bd e v e l o p m e n t a n d p u b l i s h i n g s e r v i c e sw e r ei n t r o d u c e d c o m p l e t ea n dr a t i o n a ll a y o u t e d p o w e r q u a l i t yc o n t r o le q u i p m e n t sa r ee x e c u t i v eb o d yf o rr e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o na n d h a r m o n i c s u p p r e s s i o n a n e wd u a l r e s o n a n c e i n je c t i o nh y b r i d a c t i v ef i l t e rw a s p r o p o s e d ，a n d i t s c o m p a r a t i v ea d v a n t a g e s w i t ht r a d i t i o n a la c t i v ef i l t e r sw e r e a n a l y z e d ；o n ec o n t r o lm e t h o df o rd i h a p f ，w h i c hb a s e do nt h eg e n e r a l i z e di n t e g r a l p r e t r e a t m e n t ，i sp r e s e n t e d ；t h e n ，p p fd e s i g nt h e o r y , d e s i g n a n ds i m u l a t i o na r e p r e s e n t e db y ae x a m p l e ；a n do v e r a l lp o w e rq u a l i t yi m p r o v e m e n ts y s t e mw a s s i m u l a t e da n da n a l y z e d f i n a l l y ，d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e mo fc o m b i n e dp o w e re n e r g y h i 高电耗企业电能综合管治系统 m a n a g e m e n ta n di m p r o v e m e n ts y s t e m ，w h i c hb a s e do n t h ec o m p o s i t ep r i c ew a s c o n s t r u c t e d ， a n df u n c t i o n a l c h a r a c t e r i s t i c sa n d d e s i g np l a n s w e r e i n t r o d u c e d ；i n t e g r a t e dp o w e rp r e d i c t i o nm o d eb a s e do ng r a ym o d e li sc o n s t r u c t e d ，a n d c o m p l e xb i l l i n gi n d i c a t o r sf o re l e c t r i c a le n e r g yw e r eb u i l d e d ；t h e n ，e n e r g yd e c i s i o n s u p p o r tm o d e lo fg o v e r n a n c es y s t e m w a sa l s ob e e ne s t a b l i s h e d b yt h ec o m b i n e dp o w e re n e r g ym a n a g e m e n ta n di m p r o v e m e n ts y s t e mw a sp u t i n t ou s e ，b a s i sh a sb e e np r o v i d e df o rr e s p o n s i b i l i t yf o re n e r g yc o n s e r v a t i o na n d r e w a r d so rp u n i s h m e n t s ，i n t h u s i a s mf o re n e r g yc o n s e r v a t i o no ft h ec a d r e sa n dw o r k e r s h a sb e e nm o b i l i z e d ，t h ep o w e rf a c t o rh a sb e e ni m p r o v e d ，h a r m o n i cc o n t e n th a sb e e n r e d u c e d ，a n dt h ep o w e rq u a l i t yh a sb e e n g r e a t l yi m p r o v e d t h e nc o n s i d e r a b l ee c o n o m i c a n ds o c i a lb e n e f i t sh a v eb e e nr e t r i e v e df o rt h ee n t e r p r i s e k e y w o r d s ：p o w e re n e r g ym a n a g e m e n ta n di m p r o v e m e n t ；i s o m e r i ca r c h i t e c t u r e ； a c t i v ep o w e r f i l t e rw i t hd o u b l e - r e s o n a n c e i n j e c t i o n c i r c u i t ；c o m p l e x e 1 e c t r o v a l e n c e ；d e c i s i o ns u p p o r t i v 硕士学位论文 目录 学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书i 摘要i i a b s t r a c t i i i 目录v 第1 章绪论1 1 1课题的背景和意义1 1 2 国内外研究现状一2 1 2 1 电能耗管理现状2 1 2 2 电能质量管治现状4 1 2 3 电能综合管治存在的问题一4 1 3 本文的主要工作5 1 4论文的组织结构6 第2 章电能综合监测子系统7 2 1电能综合监测子系统设计规划7 2 1 i 子系统功能特征和规划7 2 1 2 基于异构体的系统结构设计8 2 2数据采集1 0 2 3数据处理与存储1 3 2 3 1 不良数据辨识与加工一1 3 2 3 2 数据存储16 2 4人机交互1 7 2 4 1 展现与输出1 7 2 4 2w e b 发布1 8 2 4 3 系统管理与维护1 9 2 5本章小结2 0 第3 章电能质量优化治理子系统一2 1 3 1双谐振注入式混合有源滤波器2 1 3 1 1 需求分析及d i h a p f 的提出2 1 3 1 2 注入式有源滤波器典型拓扑及通用电气模型2 3 v 高电耗企业电能综合管治系统 3 1 3d h a p f 的比较优势2 5 3 1 4 基于广义积分预处理的p i 闭环控制方法一2 6 3 2 系统设计与仿真一2 8 3 2 1 整体仿真分析3 3 3 3本章小结3 5 第4 章基于复合电价的电能综合管治辅助决策子系统3 6 4 1辅助决策子系统功能特征与设计规划3 6 4 2 电能综合预测3 7 4 3 电能量复合计费指标3 8 4 3 1 基准有功电价指标3 9 4 3 2 基准无功电价指标和基准谐波电价指标4 0 4 3 3 基于调节因子的加权复合计费模型4 2 4 4电能优化管治决策o 4 3 4 4 1 电能消费优化管理辅助决策4 3 4 4 2 电能质量优化治理辅助决策4 4 4 5本章小结4 8 第5 章配电网电能综合管治系统4 9 5 1典型企业配电网现状及需求分析4 9 5 2总体功能特征与设计规划5 0 5 3现场系统结构设计5 1 5 3 1 企业级电能综合管治系统5 3 5 3 2 部门级电能综合管治系统5 4 5 3 33 8 0 2 2 0 v 集抄系统一5 5 5 4系统硬件的安装及调试5 5 5 4 1 主要硬件选型5 5 5 4 2 硬件的安装及布线5 6 5 5软件的实现及应用效果5 7 5 6 本章小结一6 1 结论6 2 参考文献6 4 致谢6 8 附录a 攻读学位期间获得的研究成果6 9 v i 硕十学位论文 第1 章绪论 随着我国电气化水平的不断提高，电能在我国终端能源消费中的比重不断增 大，特别是l9 9 8 2 0 0 9 十年间，我国电能在终端能源消费中的比重从9 3 5 提升 到了2 2 6 ，并且仍呈现不断攀升的态势。据国家电网公司总工程师张丽英在第 四届“中外跨国公司c e o 圆桌会议”上透露，到2 0 15 ，我国电能在终端能源消费 中的比重将达到2 5 。然而，我国电能利用效率却不容乐观，我国单位g d p 电 耗是世界平均水平的3 3 4 倍，是德国的5 1 4 倍，日本的7 3 倍，英国的6 5 4 倍， 电能利用效率比发达国家落后约2 0 年【lj 。这一点在我国大型企业中尤为严重， 2 0 0 9 年我国电能损耗达2 1 4 3 亿千瓦时，仅大型工业企业电耗就占总电耗的7 8 以上。其中，工业企业配电网高达12 的线损率，成为高电耗的重中之重。与此 同时，大量整流装置、变频装置等非线性负载的接入也带来了功率因数过低、谐 波严重超标等一系列电能质量问题，影响电网的稳定可靠运行。如2 0 0 6 年，南京 市由于电网谐波严重超标，引发自动保护装置动作，引起大面积停电，造成重大 经济损失。因此，如何采用行之有效的办法，提高我国大型企业，特别是高电耗 企业的电能利用效率和电能质量已经成为关系我国经济发展的战略问题，关系到 我国节能降耗和碳排放目标的实现，以及坚强智能电网的构建。 本章从高电耗企业配电网电能综合管治研究的背景出发，探讨电能综合管治 的意义和主要措施，阐述了配电网电能综合管治的发展概况和现状，最后介绍本 课题的主要工作内容及论文的组织结构。 1 1 课题的背景和意义 经分析，我国冶金、石化等高电耗企业配电网在电能管治方面主要存在以下 几个问题： 第一，多年来重电源、轻电网，重输电、轻配电的局面，使企业配电网投入 严重不足，管理水平落后，国内大多生产企业能量管理都还处于粗放式阶段i z j 。 配电网是电力系统与电力用户的界面，是能耗管理的关键阵地。然而，现有的配 电网系统测量、监控、节能等环节集成化程度较低，没有形成一套以提高电能利 用效率为目的的、高度集成、信息共享的专业化、综合化、自动化、智能化的电 能综合管治系统。当前，配电网中各系统、设备以独立的孤岛形式存在，协调运 行困难，造成整体运行不理想，也必然影响配电网运行的稳定性、经济性，使配 电网能耗增大，节电效果不理想。 第二，企业生产安排不合理，各部门用电波动较大，且难以预测，导致输配 高电耗企业电能综合管治系统 电系统难以在经济运行区稳定运行，造成大量电能损耗。目前，我国电力系统负 荷带有明显的季节性和峰谷特性，也就导致为避免高峰期因超负荷运行造成输配 电设备过载而损坏、保证电网安全和供电可靠性，在进行电网规划和设计时不得 不增大设计容量，造成大量的资金和设备浪费。输配电系统的非经济运行也必然 导致变压器等输配电设备损耗增大，降低电能的利用效率。为解决这一问题，急 需转变电能管理思路，加强需求侧管理【4 1 应用，有效调动用户参与负荷管理的积 极性，平滑负荷曲线。 第三，在现有输配电系统中，电能质量问题仍然十分严重，特别是一些冶金、 石化、钢铁等高耗能企业所属配电系统或向这些企业输电的系统中，电能质量问 题就更加突出l p 引。无功、谐波等电能质量问题在对配电网安全、稳定运行构成 潜在威胁，对用电设备寿命造成危害的同时，也将产生大量的无功、谐波损耗， 造成配电网能耗增大。近年来，随着我国对电能质量问题的重视，大部分变电站 都配备了一定的无功补偿装置和谐波抑制装置，但这些装置大部分都处于独立运 行状态，需要人工作业，自动化、智能化、协调性差，治理效果不理想，急需先 进的电能质量治理装置及配套的调度决策系统。一些大型高耗能企业依然缺乏对 电能质量管治的必要性和紧迫性认识，也缺乏行之有效的综合管治方案。 1 2 国内外研究现状 提升电能综合管治水平，降低能源损耗和电能污染水平，主要依靠管理创新 和技术革新两条途径。管理创新主要通过创建各种能耗管理系统，提高能耗管理 水平，最终达到合理安排用能，提高能效比的目的；技术革新主要依靠各种先进 技术和设备提高现有用能设备的能源利用效率，达到直接减小能耗的目的，或者 通过构建电能质量治理治理系统，利用各种电能质量治理设备提高配电网的功率 因数、降低谐波含量，达到降低电网损耗、延长设备使用寿命等目的。 1 2 1 电能耗管理现状 传统的电能耗管理系统利用制定电能消费计划，建立电能监控与计量系统， 并对电能消费进行分析，加强重点能耗设备和重点能耗部门管理等多种手段，使 企业管理者对企业的电能成本比重、发展趋势有准确的掌握，并将企业的电能消 费计划任务分解到各个生产部门车间，使节能工作责任明确，促进企业健康稳定 发展。电能耗管理系统主要包括以下基本管理职能： 配电网主要设备运行状态的监视； 配电网负荷集中监控和电能耗集中采集、计量； 配电网负荷数据和能耗数据的存储与查询； 配电网电生产报表和计量报表的生成，包括日报表、季报表、年报表等； 电能消费计划，实现配电网内电能的综合平衡、合理分配、优化调度； 配电网异常、故障和事故报警，及其它基础能耗管理。 电能耗管理系统一般结构如下图1 1 所示。 薏霭 p 一 集中器! 茹习 和 麓秀 集中器l 爱 一 0 电能表电能表电能表电能表电能表电能表 图1 1 电能耗管理系统一般结构图 企业能源管理的概念最早由美国加州伯克利分校乔普拉教授与美国电气控制 有限公司研究人员联合提出。实际投入应用的企业能源管理系统最早出现在冶金 行业，经历了早期的远动技术、中期的远动( 监控) 技术和当前的厂站自动化技术 三个发展阶段。当前，在欧美、日本等发达国家已有不少冶金企业利用集管理控 制功能于一身的能源管理系统进行能源管理的成功案例 9 1 4 1 ，其他高能耗企业也 纷纷仿效，促进了企业的能源管理系统的发展。 相对国外而言，为保证电网运行的可靠性，提高电网运行的经济性，降低电 能损耗，我国也投入了大量人力、物力，加强企业能耗管理和电能质量治理的力 度。但是，由于起步较晚，相配套的产品和系统开发研究相对落后，尤其是集成 度高、功能强大的应用产品较少。目前，国内除宝钢、南钢、武钢等少部分大型 国有高能耗企业外，大部分企业仍采取传统的粗放式能源管理模式，电能管理手 段单一、集成度低，难以适应当前愈来愈激烈的国内、国际竞争环境川。甚至为 达到降耗指标，进行突击式的减产、停产，影响企业的持续、稳定生产。 针对以上问题，我国于2 0 世纪9 0 年代引入了电力需求侧管理( d s m ) o 博j ， 这一先进的思维方法和管理技术，在满足用电终端用户对电力正常需求的基础上， 对终端用电实施全方位的节电管理。供电方与电力需求侧用电方的划分点是以计 费电能表为界，电能表的上方为供电方，电能表的下方为需求方。从调动终端用 高电耗企业电能综合管治系统 户合理用能、积极参与提高终端电能利用效率出发来提高能源效率、节约能源。 其优越性主要分为三方面：第一，对政府可以提高能源资源的合理性和效率，减 低环境污染和破坏；第二，对电力用户可以进行更加合理的用电安排，降低节电 成本、减少电费开支，最终提高效费比；第三，对电力系统可以提高现有电力设 备利用效率，降低增容开支。 1 2 2 电能质量管治现状 国外对电能质量管治方面的研究起步较早，从电能质量理论到相关评价指标 体系的建立；从用户终端电气环境的定义到全国性的电能质量普查和监测；从各 种电能质量问题分析方法的提出到“用户电力技术 等电能质量控制技术的研究 和装置的开发等方面的研究都在深入进行【l 弘j 。相对国外而言，国内对电能质量 管治方面的研究工作起步较晚，电能质量监测和治理装置的开发研究也比较落后， 尤其是速度快、精度高、可靠性好、功能强大的电能质量监测产品和耐压高、容 量大、自动化程度高、响应速度快的电能质量治理装置相对较少。当前电能质量 管治研究主要集中在两个方面，一是电能质量监测方法和仪器的研究，归纳起来， 当前国内外对电能质量的监测主要采用如下三种途径川： 对换流装置、电弧炉等非线性负荷及f c 、p p f 等补偿装置，在接入电网 前按国标进行的准入测试； 对普通电力干扰源，按其危害程度，进行定期或不定期的检测； 对大型干扰源，按照电能质量标准进行不间断的实时监测。 当前，我国对电能质量的测量主要采用1 、2 两种途径，缺少不问断的实时监 测系统。 电能质量管治研究的另一个热点是电能质量治理装置、设备的研究，主要集 中在无功补偿和谐波抑制方面，如s v c 、a p f 、s t a t c o m 等。其中，大功率注 入式混合有源滤波器( i h a p f ) 兼谐波抑制和大功率容性无功静态补偿能力于一 身，兼顾了无源和有源滤波器的长处，性价比高，在目前工程应用中具有极强竞 争优势。 1 2 3 电能综合管治存在的问题 相对国外而言，由于我国电能耗管理和电能质量管治起步较晚，相配套的产 品或系统开发研究也相对落后，尤其是集成度高、功能强大的应用产品较少。归 纳起来，我国在电能综合管制研究方面主要存在以下问题： 缺乏覆盖整个企业配电网的电能综合管治系统，将电能耗管理和电能质 量管治集成管理，寻求最优的综合管治决策； 硕上学位论文 电能质量治理设备自动化程度较低、结构体系不完备；缺少电能质量治 理设备调度决策系统，各治理设备独立运行，协调性差，治理效果不理 想； 电能费率构成不够合理，缺乏有效调动电力用户参与电能综合管治的互 动机制； 应用效果不理想，由于研究与生产需求脱钩，以及复杂的国有企业管理 机构和积习已久的管理模式，导致管理节能效果不理想。 针对以上问题，本文提出了电能综合管治系统( c o m b i n e dp o w e re n e r g y m a n a g e m e n ta n di m p r o v e m e n ts y s t e m ，c e m i s ) 的概念，在遵循配电系统标准规范 的基础上，根据用户的需求，二次开发的一套易使用、高性能、高可靠、高自动 化的适用于低压配电系统的电能综合管治系统，它集传统的电能量管理、电能质 量监测和电能质量治理与一身，具有高集成性、高协调性、易扩展性等特点。 1 3 本文的主要工作 本课题以中石化某大型炼化企业配电网电能管理和电能质量治理现状为背 景，根据“安全稳定、易于拓展、经济实用、智能主动”的设计原则，构建“高 效、优质、互动 的企业配电网电能综合管治系统( c e m i s ) 。 本文作者的主要工作有： 1 、查阅了大量文献资料，学习了企业能耗管理相关知识和国家标准，对企业 能耗管理系统的特点及现状进行了分析与研究；学习了电能质量相关分类、定义 及国家标准，认识到到高电耗企业现存主要电能质量问题与危害，深入了解现有 电能质量治理措施和方法； 2 、从该大型炼化企业配电网现状、需求及后续扩展出发，依据“分层分布、 面向对象、经济实用、智能主动”的设计原则，构建了基于异构体的三级电能综 合管治系统； 3 、根据企业配电网无功补偿和谐波抑制需求，提出双谐振注入式混合有源滤 波器( d i h a p f ) ，从无功补偿适用范围和电压等级两方面拓宽了注入式混合型 有源滤波器的应用范围。并提出了基于广义积分预处理的p i 控制方法，实现了参 考信号按频率调幅及调相； 4 、根据企业配电网现状和需求，结合有关资料，建立了基于灰色模型的负荷 预测体系，并在此基础上建立了有功峰谷预告电价体系，加强与电力用户的互动， 利用电价平滑负荷曲线，使配电网运行在最优运行状态；构建了一套电能加权复 合计费体系，将峰谷电价、无功电价、谐波电价复合加权； 5 、建立了基于灰色模型的电能质量预测模型和电能质量装置优化调度模型。 依据按负荷预测和电能质量预测结果得到的复合加权电费，进行无功补偿和谐波 高电耗企业电能综合管治系统 抑制治理装置的优化调度。 1 4 论文的组织结构 第1 章：绪论，主要描述了配电网电能综合管治的现状和需求，分析了电能 耗管理和电能质量管治措施的发展现状及现存的主要问题，并介绍了本文的主要 工作和论文的组织结构。 第2 章：电能综合监测子系统，本章主要介绍了系统设计原则和监测内容， 简要介绍了电能耗管理和电能质量管治的主要指标、国家标准及相关定义；结合 配电网电能综合管治对现场数据的需求，设计了一套分层分布式s c a d a 子系统 的开发方案，构建了基于b s 与c s 混合异构体系的配电网电能综合监测系统， 实现了相关数据的实时采集；介绍了数据的初步处理和加工，建立了良好的人机 交互系统和w e b 发布体系。 第3 章：电能质量优化治理子系统，本章在分析配电网对高品质电能质量治 理设备需求的基础上，提出了一种适用于高压系统的新型有源滤波器d i h a p f ， 建立了适用于中高压系统的注入式有源滤波器通用电气模型，并在此基础上提出 了基于广义积分预处理的p i 控制方法。最后，根据某中高压配电网为例进行实例 设计，并进行仿真分析。 第4 章：基于复合电价的电能综合管治辅助决策子系统，本章从高电耗企业 配电网电能综合管治辅助决策子系统的功能特征与设计规划开始，构建了基于灰 色模型的配电网负荷进行超短期综合预测方法，制定了电能量复合计费指标，利 用经济杠杆是调节电力资源的配置；最后，从软件管理和硬件治理两个方面入手， 实现电能消费和电能质量的双优化。 第5 章：配电网电能综合管治系统，本章主要介绍了高电耗企业配电网电能 综合管治系统的总体结构和软硬件实现。从某大型炼化企业配电网电能综合管治 的实际需求出发，规划了各个子系统的功能；构建了基于异构体的三级电能综合 管治系统，企业级电能综合管治系统，部门级电能综合管治系统和3 8 0 2 2 0 v 集抄 系统，阐述了各层次功能及结构。最后，介绍了配电网电能综合管治系统的硬件、 软件实现及应用效果。 硕士学位论文 第2 章电能综合监测子系统 完善的信息是做出正确决策的基础，为获取可靠、全面的电能信息就必须构 建布局合理、体系完备的电能量和电能质量信息监测( 计量) 系统，包括采集设 备、网络通路、存储设备、展现设备等硬件集成和底层采集软件、数据初步处理 及存储软件、人机交互和发布软件的设计与编写，从而充分感知、存储、发布配 电网中与电能相关的各种信息，为电能综合管治决策提供详实可靠的数据，同时 打开与电力用户交互的渠道。 本章从配电网电能综合监测子系统的功能特征、设计规划开始，介绍了电能 综合监测子系统的构建、数据的采集、数据的初步处理和存储，以及处于应用层 的人机交互和w e b 发布。 2 1电能综合监测子系统设计规划 2 1 1 子系统功能特征和规划 为满足配电网电能综合管治系统的任务需求，s c a d a 子系统应具备以下关 键功能特征： 集成性：集成性包含两方面内容。首先，采用高集成、多功能的底层数据采 集装置、表计；其次，集成自建采集系统和原有计量、调度等系统中的数据，充 分获取电能综合管治决策所需的模拟量、数字量、状态量； 分层分布式结构：分层是指将整个系统按功能分为现场间隔层、网络通信层、 管理应用层和w e b 应用层四层；分布是指按电压等级、母线段和物理位置将整个 配电网划分为不同层次的不同单元，构建多层c s 采集体系，下一层c s 采集体 系的w e b 应用层看作上一层c s 采集系统的现场间隔层； 可扩展性：将配电网监测对象分为系统、设备、参数三级节点用文件描述其 配置信息，当配电网结构发生变化时，可通过修改配置文件实现可扩展性。 可视化：采用可视化方式展示有功负荷状况、电能消费状况和电能质量状况， 如棒图、负荷曲线、电流波形、报表等；实用性：根据当前配电网电能综合管治 的需求，给出完善但不冗余的信息，即在保证数据需求的基础上，尽量减少采集 设备，降低成本。 该系统在监测内容方面主要包括有功负荷监测、电能质量监测、电能质量治 理设备监测三个部分，各部分功能如下： 有功负荷监测：主要对各用电单位、馈线进行有功功率实时监测、有功电能 高电耗企业电能综合管治系统 精确计量及一次设备开关状态监测，为有功峰谷电价的生成及计费提供依据。 电能质量监测：本系统主要对无功和谐波进行监测，包括功率因数监测、无 功计量和谐波电流监测，为无功电价和谐波电价的生成及计费提供依据。 电能质量治理设备监测：根据调度自动化系统采集的开关及刀闸位置遥信信 号，以及智能化电能质量治理装备自检信息，主动判断配电网中电能质量治理装 备的运行状态。 除以上主要的监测功能以外，本s c a d a 子系统还具有不良数据辨识与处理、 数据存储、报表生成、实时展现、越限报警、图形生成、w e b 发布等功能，将在 以下章节单独讲述。系统总体功能规划如图2 1 所示。 图2 1 电能综合监测系统总体功能规划 2 1 2 基于异构体的系统结构设计 c s ( c l i e n t s e r v e r ，客户端服务端) 体系结构具有模型简单、数据操作能力强、 事务处理速度快等特点，是传统的配电网监控系统( s c a d a ) 一般采用的体系结 构。但是传统的二层c s 结构存在软硬件组合集成能力有限、难扩展、大量客户 端管理困难以及数据安全性差等问题。随着配电网规模的不断扩大，监控内涵和 监控点不断扩充，对s c a d a 系统的要求也不断提高，难以满足大型高电耗企业 配电网电能综合监测的需要。 b s ( b r o w s e r s e r v e r ，浏览器服务器) 体系结构，是随着i n t e r n e t 技术兴起 的新技术，真正实现了”零客户端”，所有的数据逻辑，系统安装、升级和维护都 在服务端( w e b s e r v i c e ) 中解决，用户只需要通过网页浏览器就可以实现原来必 须安装客户端才能获取的功能，可以大大节约开发成本。但是b s 体系结构在数 据动态、查询数据效率方面还是存在不足。 因此本文在开发配电网电能综合监测系统时，引用了b s 与c s 混合异构 体系结构。对于内部监控设备的数据采集、设备监控、实时展现以及越限报警等 硕士学位论文 对数据的实时性要求高的功能，使用c s