钢铁企业中建设智能配电网的探讨

周佃民，李 凯，张 锐

（上海宝钢股份公司 能源环保部，上海 200941）

电能的供应在钢铁企业生产中起着重要作用。作为一个超大型的企业输配电网络，供电的安全、可靠与经济性对企业来说至关重要，并且在安全性和经济性上也与外部电网相互影响。伴随着智能电网的研究与实施的深入，在钢铁企业供配电网的规划设计、运行管理中，结合智能电网的概念及其发展、分析智能电网建设对钢铁企业电网建设的启示，乃至构建钢铁企业智能供配电网，做好相关准备与衔接是非常重要的。

本文主要讨论了智能电网的概念与其发展，并针对钢铁企业供配电网的现状展开讨论，应该说这是一个非常崭新的课题，尽管其中有许多需要进一步明确的内容和需要统一的认识，但是开展这个方面的讨论仍是非常有意义的。

1 智能电网的概念、主要特征和目标

从技术组成方面讲，智能电网是集计算机、通信、信号传感、自动控制、电力电子以及超导材料新技术在输配电系统中应用的总和。

与传统电网不同，这些新技术的应用不是孤立的、单方面的，不是对传统输配电系统进行简单地改进、提高，而是从提高电网整体性能、节省总体成本出发，将各种新技术与传统的输配电技术进行有机地融合，使电网的结构以及保护与运行控制方式发生革命性的变化。这种融合主要体现在高级数据分析程序的开发与应用及其技术支撑软硬件环境。

尽管从技术上讲，智能电网（包括配电网）涵盖的内容很多，笔者认为，自愈能力、安全性、电能质量和信息的可视化一直是近年来配电网的建设目标，智能配电网最大的概念革新主要在于：

（1）信息的互动

打破原有的信息单向（或准单向）流动的情况，用户可以直接获知用电成本（电价）乃至系统状态，这就极大地推动了电力需求侧管理，有利于用户直接主动地按照一定的规则（比如“实时电价”），参与到维护电网整体的安全性与经济性中来，从而一方面降低自身的用电成本，另外一方面也有利于提高系统的安全稳定性。

（2）分布式能源的接入

便于用户开发和使用分布式能源，并接入到系统中去。在这个方面，许多发达国家已经进行了有益的尝试。这既有技术方面的原因，也有能源管理政策的原因，需要2个方面的努力来促进发展。在新的智能电网建设中，需要为分布式能源的并网创造技术条件和政策条件。

（3）高级系统分析与管理

输配电网管理系统尽管之前做了很多工作，但主要集中在监控功能，缺乏对系统的高级分析与优化功能的开发和应用。

针对大量的运行数据，采用数据挖掘与各种数学工具，加强对系统的分析和优化运行的功能开发，一方面可作为运行人员对系统分析判断的有力辅助工具；另一方面，也有利于按照一定的预制程序，对系统进行自动的优化控制与安全操作。

2 钢铁企业用电特点及配电网建设面临的挑战

钢铁企业是典型的高耗电企业，鼓风电动机、电炉、轧机和制氧等设备耗电巨大，电能对生产成本和生产安全影响至关重要。因此，必须关注钢铁企业所用电能的来源、传输与使用的安全性和经济性。

下面结合钢铁企业的用电特点来进行具体说明。

2.1 连续生产要求持续可靠供电

钢铁企业是典型的连续生产的流程工业，这就要求供电必须持续可靠，供电的中断在某些时刻会给生产带来重大损失，比如在电炉炼钢、轧钢过程中的供电中断。

这就要求必须对重要负荷在设计规划和运行中重点考虑供电的可靠性问题。

2.2 钢铁企业负荷变化与电能成本变动

钢铁企业的负荷波动主要受生产计划和检修计划编制的影响（重大事故除外），负荷波动较大，以小时平均负荷为例，波动范围一般为10%以上。

而钢铁企业的供电来源一般为2个方面，一是外部电网；二是自备电厂及厂内余热余能回收。根据目前的电价政策，负荷波动大小和用电时段直接影响到用电成本。兼顾用电成本和正常生产的电力需求侧管理在这方面具有重大的经济意义。

2.3 钢铁企业电能质量问题相对突出

在钢铁企业各生产工序中有大量用电设备在使用过程中产生高次谐波、有功和无功冲击，造成电压闪变，对供电系统的电能质量造成影响，严重的可能危及其它用电设备，这种情况在轧钢厂和电弧炉中尤为严重。因此需要针对电能质量问题采取就地补偿的治理措施。

2.4 钢铁企业具有大量的可回收能源

余热余压资源在钢铁企业中大量存在，针对可回收部分，建设干熄焦余热发电（CDQ）、高炉余压发电（TRT）等，把其他形式的能源转换为电能，并入电网之中。在电网的建设中，需要考虑余热余能的发电并网接入问题。

另外一个方面，钢铁企业大多建立在郊区或者沿海地区且厂区较大，因而太阳能、风能具有一定的应用前景。

2.5 钢铁企业电网设备更新问题

钢铁企业一般具有较长的历史，其中部分设备已经达到寿命周期，如何科学地进行设备更换涉及保证生产的顺利进行和投资2个方面的问题，因此结合设备状态在线监视的可靠性维修具有重大实

际意义。

3 建设钢铁企业智能配电网的探讨

根据钢铁制造流程的物质与电能耗散结构及运行的特点，对配电网和用电建设进行智能化的动态科学管理与控制，使配电网和用电系统能够高效优质、安全可靠运行。具有上述功能和特征的配电网和用电系统的集合称之为钢铁企业智能配电网。

3.1 建设钢铁企业智能配电网的必要性

建设钢铁企业智能配电网的必要性主要来源于4个方面，环境保护的压力、节能减排的压力、成本压力、安全可靠运行的压力，这些方面不再赘述。

3.2 钢铁企业智能配电网的建设目标

钢铁企业智能配电网的建设目标就是安全、经济地为钢铁生产提供电能与引导电能的高效率使用。

3.3 钢铁企业智能配电网建设的技术手段

钢铁企业智能配电网的建设是在以往电网规划建设理念的基础上，按照智能能源网—智能电网—智能配电网的架构进行再思考和再认识，并在此基础上根据现有条件开展工作。结合当前情况，可做的工作有：

（1）计量与数据通信系统建设

有效的电网管理首先需进行的工作就是保证数据收集的准确性和及时性。一方面需要在终端的表计进行校准，保证数据源头的准确性；另一方面就是在数据传输上，打通数据的“盲管”，确保数据的双向传递。

（2）钢铁企业用电可靠性与安全性的研究

在电力系统内部，有自身的一套可靠性与安全性管理办法，但这主要是针对一般性地区电网。对钢铁企业来说，供配电网的服务对象是钢铁生产，而在钢铁生产的不同环节，对电能的需求程度是不同的（供电中断、电能质量），需要供配电技术人员与钢铁生产人员共同对钢铁企业各个生产环节的供电可靠性与安全性进行研究，建立定量和定性指标，从而为电网规划和运行人员提供参考。

（3）钢铁企业电能耗散结构的研究

电能用户在钢铁生产流程之中，需要对钢铁企业电能耗散结构进行研究，从而加强对传输过程和最终用户的管理。因此须对电能的产生、传递与最终耗散几个环节进行分析，逐步建立与完善这几个环节的电能效率监控体系，以便及时发现问题并采取改进措施。

（4）供用电双方互动功能的开发

如前文所述，无论是采用分时电价还是基于自备电厂与外部电网的用电平衡，钢铁企业的用电成本是随时变动的，因此在钢铁企业内部的各个生产单位推行分时电价实现成本控制的下移具有重大意义。这就要求在建设钢铁企业智能供配电网的过程中，通过开发和建立电能成本实时分析与通信系统，把电价的信息实时传递给各个用户，从而由用户根据生产任务的数量和刚性，把电能成本作为考虑因素之一来组织生产。图1为钢铁企业用电成本实时分析系统架构。

图1 钢铁企业用电成本实时分析系统架构图

（5）高级系统功能的开发

尽管供配电系统进行了多年的建设，但目前的情况依旧是以监控为主，缺乏在此基础上的高级分析功能，结合现状，目前可做的工作有：

●建立钢铁企业电力负荷管理系统

建立和完善电力负荷管理系统，通过对数据的收集和整理，逐步完善钢铁企业主要生产负荷的数学模型，从而应用于负荷预测、潮流优化等。

●在线设备状态监视与可靠性维修

建立供配电主要设备的在线监测系统，并结合可靠性维修，一方面有利于提高安全性，另一方面也有利于降低设备维修费用。

●图形化系统的开发

可视化、图形化是高效友好的人机界面，通过建立如：负荷率（负载率）、系统功率流动情况等的在线可视化系统，有利于提高运行管理人员对系统的认识和状态的快速掌握。

●余热余能发电回收、新能源及其系统接入

无论是对钢铁企业的余热余能回收为电能，还是钢铁企业新能源（比如太阳能、风能）的建设，都需要接入装置的开发。接入位置以及装置设计需要同时考虑对系统的安全性的影响。

4 建议

智能配电网的概念及其具体实施依旧在不断发展和完善之中，作为电能的终端用户和地区电网的一个组成部分，钢铁企业供配电网虽然没有必要马上进行大规模智能配电网改造，但是，作为一种最终趋势，必要的准备工作以及前期的基础建设还是很有必要的。

无论企业智能供配电网处于何种进程，在所有的工作中，最基本的工作就是信息通信网络的建设与实时数据的收集，保证数据的及时性、完整性与准确性，这对以这些数据为基础的高级分析、优化程序的应用至关重要。

5 结束语

本文主要讨论了智能配电网的基本概念及其发展，并针对钢铁企业的电能来源与使用特点，对钢铁企业智能供配电网的建设进行了初步的展望与分析。

作为用电大户的钢铁企业，跟踪与展开此项研究、建立相应的技术储备与结合企业现状，做好智能配电网应用的相应准备，并在具有实施条件和现阶段必要性的方面开展工作，具有重要现实意义，对企业本身的节能与环保具有重大的推动作用。

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