馬蔚云，馬新春，李劍

（新疆電子研究所有限公司新疆烏魯木齊830049）

目前，新疆正處于工業(yè)化加速發(fā)展的重要階段，但工業(yè)能源消耗占全社會(huì)能源消耗的70%左右，是耗費(fèi)能源、資源的最主要產(chǎn)業(yè)。鑒于目前工業(yè)領(lǐng)域節(jié)能的嚴(yán)峻形勢(shì)，這里特提出工業(yè)企業(yè)節(jié)能算法研究。目前比較流行的工業(yè)企業(yè)節(jié)能算法有配電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償節(jié)能算法[1]、電器節(jié)能控制算法[2]等。而在實(shí)際應(yīng)用中，工業(yè)企業(yè)用電情況復(fù)雜而且耗能設(shè)備眾多，單從一個(gè)方面或一個(gè)類型設(shè)備的節(jié)能考慮，都不能達(dá)到理想的節(jié)能效果。因此本文從國(guó)家中長(zhǎng)期節(jié)能減排為出發(fā)點(diǎn)，以節(jié)能的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，提出了多尺度的用電綜合數(shù)據(jù)分析評(píng)估，從線損率、負(fù)荷率、供電三相電壓不平衡度等方面綜合評(píng)估，并且從各個(gè)方面提出改進(jìn)的措施及方法，為企業(yè)合理用電，節(jié)能減排提供強(qiáng)有力的保證。

1 設(shè)計(jì)原理

能源管理系統(tǒng)[3]是開發(fā)完成該系統(tǒng)的三個(gè)功能層次。第一層是開發(fā)能源設(shè)備的采集層，這層是能源管理的基礎(chǔ)；第二個(gè)層次是能源監(jiān)視，對(duì)供配電系統(tǒng)的能源使用情況進(jìn)行監(jiān)視，根據(jù)生產(chǎn)和節(jié)能的要求進(jìn)行調(diào)度；第三個(gè)層次是能源的分析和管理，包括能源計(jì)量、計(jì)劃、評(píng)估、能源質(zhì)量、能源預(yù)測(cè)、統(tǒng)計(jì)報(bào)表和分析優(yōu)化。

1.1 企業(yè)合理供電技術(shù)評(píng)估分析

1.1.1 降 低企業(yè)供配電線損

從電網(wǎng)送到企業(yè)的電能，經(jīng)壓降后分配到各個(gè)用電車間或用電設(shè)備，這就構(gòu)成企業(yè)內(nèi)部的配電系統(tǒng)。它由壓降主變壓器和配電變壓器、低壓配電線路、高低壓變（配）電裝置中的各種電氣設(shè)備組成。一般大、中型企業(yè)均設(shè)有總壓降，將35～110 kV電壓降為6～10 kV，向變（配）電所供電。變（配）電所中的主要電氣設(shè)備是變壓器和高低壓配電裝置，包括匯流母線、隔離刀閘、開關(guān)、電力電容器、保護(hù)電器、測(cè)量?jī)x表及其他電氣設(shè)備等。在企業(yè)內(nèi)部的電能輸送和分配過程中，電流經(jīng)過線路和變壓器等設(shè)備時(shí)，會(huì)產(chǎn)生功率損耗和電能損耗，這些損耗稱為供電損耗。其損耗電能占輸入電能的百分比（或功率損耗占輸入功率的百分比），稱為線路損失率，簡(jiǎn)稱線損率。由于企業(yè)的負(fù)荷類型、供配電系統(tǒng)的電壓等級(jí)、電力網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、供電方式的不同，將使線損率有所差異。

線損率的計(jì)算公式為

線損率=（線損電量/供電量）×100%代碼實(shí)現(xiàn)如下：

1）單一線路線損電量

///單一線路線損電量——Lee（線損電量=電流的平方乘以電阻（單一線路線損））

///＜param name="i"＞電流值＜/param＞

///＜param name="r"＞電阻值＜/param＞

public decimal XSDL（decimal i，decimal r）//線損電量=電流的平方乘以電阻（單一線路線損）

{

return i*i/r；

}

2）三相電線路線損

///三相電線路線損——Lee（線損電量=電流的平方乘以電阻（三相電線路線損））

///＜param name="i1"＞相電流1＜/param＞

///＜param name="r1"＞相電阻1＜/param＞

///＜param name="i2"＞相電流2＜/param＞

///＜param name="r2"＞相電阻2＜/param＞

///＜param name="i3"＞相電流3＜/param＞

///＜param name="r3"＞相電阻3＜/param＞

///＜returns＞返回值：三相電路線損電量＜/returns＞

public decimal XSDL3（decimal i1，decimal r1，decimal i2，decimal r2，decimal i3，decimal r3）//線損電量=電流的平方乘以電阻（三相電線路線損）

{

return（i1*i1/r1）+（i2*i2/r2）+（i3*i3/r3）；}

3）總電量

///總電量——Lee

///＜param name="i"＞相電流＜/param＞

///＜param name="u"＞相電壓＜/param＞

///＜param name="h"＞時(shí)間＜/param＞

///＜param name="glys"＞功率因素＜/param＞

///＜returns＞返回值：總電量＜/returns＞

public decimal ZDL（decimal i，decimal u，decimal h，decimal glys）

{

return 3*i*u*h*glys；

}

《評(píng)價(jià)企業(yè)合理用電技術(shù)導(dǎo)則》3.3規(guī)定，企業(yè)根據(jù)受電端至用電設(shè)備的變壓級(jí)數(shù)，其總線損率分別應(yīng)不超過以下指標(biāo)[4]：①一級(jí)3.5%；②二級(jí)5.5%；③三級(jí)7%。

1.1.2 供 配電網(wǎng)負(fù)載經(jīng)濟(jì)調(diào)配

配電網(wǎng)負(fù)載經(jīng)濟(jì)調(diào)配主要包括兩個(gè)方面：1）在時(shí)間上對(duì)負(fù)載進(jìn)行調(diào)整包括提高負(fù)荷率和削峰填谷，使配電網(wǎng)中負(fù)載曲線接近均衡；2）在空間上對(duì)負(fù)載進(jìn)行調(diào)整，使配電網(wǎng)中變壓器間及電力線路間負(fù)載實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)分配，從而降低配電網(wǎng)損耗。

用電體系的日平均負(fù)荷與日最大負(fù)荷之百分比稱為日負(fù)荷率。負(fù)荷率是衡量企業(yè)用電單位平均負(fù)荷與最高負(fù)荷的差異程度，反映企業(yè)用電均衡程度的一個(gè)重要指標(biāo)。日負(fù)荷率按以下公式計(jì)算：

負(fù)荷率=（日負(fù)荷曲線的平均值/日負(fù)荷曲線的最大值）×100%

代碼實(shí)現(xiàn)如下：

1）電阻

///電阻——Lee

乘坐當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)的人力小船向湖心島劃去，清澈明亮的藍(lán)色湖水中倒映著遠(yuǎn)處的阿爾卑斯雪山和近處蒼翠的山林。15世紀(jì)，人們?cè)诤膷u上修建了圣瑪利亞教堂。圣母堂雖然沒有大教堂的宏偉輝煌，但卻透著一份安詳和秀美，給布萊德湖帶來了靈性。

///＜param name="u"＞電壓值＜/param＞

///＜param name="i"＞電流值＜/param＞

public decimal R（decimal u，decimal i）//電阻

{

return u/i；

}

2）負(fù)荷率

負(fù)荷率是指用電平均負(fù)荷對(duì)用電最大負(fù)荷的比值，用來考核電力系統(tǒng)負(fù)荷的穩(wěn)定程度。

//f——代表日平均負(fù)荷率，f＝Ipj/Imax，Imax為最大負(fù)荷電流值，Ipj為平均負(fù)荷電流值；

//α——代表日最小負(fù)荷率，α=Imin/Imax，Imin為最小負(fù)荷電流值。

///日平均負(fù)荷率——Lee（負(fù)荷率是指用電平均負(fù)荷對(duì)用電最大負(fù)荷的比值，用來考核電力系統(tǒng)負(fù)荷的穩(wěn)定程度）

///＜param name="Ipj"＞為平均負(fù)荷電流值＜/param＞

///＜param name="Imax"＞為最大負(fù)荷電流值＜/param＞

///＜param name="rq"＞rq＜/param＞

public decimal pjfhl（decimal Ipj，decimal Imax）

{

return（Ipj/Imax）*100；

}

3）日最小負(fù)荷率

///日最小負(fù)荷率——Lee（負(fù)荷率是指用電平均負(fù)荷對(duì)用電最大負(fù)荷的比值，用來考核電力系統(tǒng)負(fù)荷的穩(wěn)定程度）

///＜/summary＞

///＜param name="Imin"＞為最小負(fù)荷電流值＜/param＞

///＜param name="Imax"＞為最大負(fù)荷電流值＜/param＞

///＜param name="rq"＞rq＜/param＞

public decimal minfhl（decimal Imin，decimal Imax）

{

return（Imin/Imax）*100；

}

提高負(fù)荷率對(duì)節(jié)約用電、降低成本、減少供電網(wǎng)絡(luò)中的

電能損耗等具有重要意義[5]。其方法很多，如采用輪流周休日，實(shí)行避峰用電，安排填谷負(fù)荷等。

1.1.3 供 配電網(wǎng)電能質(zhì)量控制

電能質(zhì)量指標(biāo)是電能質(zhì)量各個(gè)方面的具體描述，不同的指標(biāo)有不同的定義，參考IEC標(biāo)準(zhǔn)，從電磁現(xiàn)象及相互作用和影響角度考慮給出的引起干擾的基本現(xiàn)象分類如下：低頻傳導(dǎo)現(xiàn)象，低頻輻射現(xiàn)象，高頻傳導(dǎo)現(xiàn)象，高頻輻射現(xiàn)象，靜電放電現(xiàn)象。

電力污染及電力品質(zhì)惡化主要表現(xiàn)在：電壓波動(dòng)和閃變、浪涌沖擊和雷擊、諧波、三相不平衡等[6]。其中低頻傳導(dǎo)現(xiàn)象中的諧波是影響供配電網(wǎng)電能質(zhì)量的主要因素。諧波源的主要設(shè)備包括：電力變壓器、電弧爐、氣體放電光源等，此外除上述諧波源外，感應(yīng)加熱設(shè)備、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、電機(jī)車、電焊機(jī)、家用電器（如電視機(jī)）以及使用電力、電子裝置的用電設(shè)備，也都會(huì)產(chǎn)生諧波。

1）電壓波動(dòng)率測(cè)量7個(gè)點(diǎn)，取出平均值，然后與最高或高低的比較后即可算出來，取高大的波動(dòng)率做為電壓的波動(dòng)率。

///＜param name="u1"＞電壓波動(dòng)率＜/param＞

///＜param name="u2"＞電壓波動(dòng)率＜/param＞

///＜param name="u3"＞電壓波動(dòng)率＜/param＞

///＜param name="u4"＞電壓波動(dòng)率＜/param＞

///＜param name="u5"＞電壓波動(dòng)率＜/param＞

///＜param name="u6"＞電壓波動(dòng)率＜/param＞

///＜param name="u7"＞電壓波動(dòng)率＜/param＞

public decimal dybdl（decimal u1，decimal u2，decimal u3，decimal u4，decimal u5，decimal u6，decimal u7）

{

decimal pjz=（u1+u2+u3+u4+u5+u6+u7）/7；

decimal j1=Math.Abs（pjz-u1）；

decimal j2=Math.Abs（pjz-u2）；

decimal j3=Math.Abs（pjz-u3）；

decimal j4=Math.Abs（pjz-u4）；

decimal j5=Math.Abs（pjz-u5）；

decimal j6=Math.Abs（pjz-u6）；

decimal j7=Math.Abs（pjz-u7）；

decimal max1=Math.Max（j1，j2）；

decimal max2=Math.Max（max1，j3）；

decimal max3=Math.Max（max2，j4）；

decimal max4=Math.Max（max3，j5）；

decimal max5=Math.Max（max4，j6）；

decimal max6=Math.Max（max5，j7）；

decimal max=Math.Abs（pjz-max6）；

return pjz/max；

}

2）三項(xiàng)電壓電流不平衡度

三項(xiàng)電壓電流不平衡度=（max（Ia，Ib，Ic）-min（Ia，Ib，Ic））/min（Ia，Ib，Ic）×100%

//max為最大電流min為最小電流

///三項(xiàng)電壓電流不平衡度——Lee

///＜/summary＞

///＜param name="u1"＞線電壓1＜/param＞

///＜param name="u2"＞線電壓2＜/param＞

///＜param name="u3"＞線電壓3＜/param＞

public decimal sxdybphd（decimal u1，decimal u2，decimal u3）

{

decimal max1=Math.Max（u1，u2）；

decimal max2=Math.Max（max1，u3）；

decimal max=max2；

decimal min1=Math.Min（u1，u2）；

decimal min2=Math.Min（min1，u3）；

decimal min=min2；

return（（max-min）/min）*100；

}

電源污染的治理主要方法包括：串聯(lián)電抗器；有源濾波補(bǔ)償（功能多，適應(yīng)性好響應(yīng)快）；無源濾波補(bǔ)償（應(yīng)用最多，效果較好，價(jià)格低）；增加整流設(shè)備的相數(shù)；安裝各種吸收和保護(hù)裝。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

工業(yè)企業(yè)能源評(píng)估分析系統(tǒng)使用上述算法設(shè)計(jì)，主要由用電技術(shù)指標(biāo)、用電情況監(jiān)測(cè)、企業(yè)用電技術(shù)評(píng)價(jià)分析3個(gè)模塊組成。

用電技術(shù)指標(biāo)是國(guó)家在一個(gè)時(shí)期對(duì)工業(yè)企業(yè)各種用電設(shè)備的一個(gè)具體考核指標(biāo)，是國(guó)家在節(jié)能減排工作中，對(duì)每個(gè)企業(yè)的基本要求。用電技術(shù)指標(biāo)圖如圖1所示。

用電情況監(jiān)測(cè)模塊主要負(fù)責(zé)采集工業(yè)企業(yè)目前使用的各類用電設(shè)備的參數(shù)，用電情況監(jiān)測(cè)圖如圖2所示。

通過前2步工作，可以得出目前企業(yè)的用電情況是否達(dá)到目前國(guó)家對(duì)該類企業(yè)的考核指標(biāo)，然后用評(píng)價(jià)分析系統(tǒng)給企業(yè)給出節(jié)能減排的具體做法。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

對(duì)目前常見的工業(yè)企業(yè)，例如水泥廠在一個(gè)月內(nèi)用本節(jié)能系統(tǒng)進(jìn)行了分析和評(píng)估，具體參數(shù)如表1所示。

表1 企業(yè)節(jié)能評(píng)估分析Tab.1 Energy-saving assessment analysis

圖1 用電技術(shù)指標(biāo)圖Fig.1 Electrical technical indicators

圖2 用電情況監(jiān)測(cè)圖Fig.2 Electricity condition monitoring

使用了本節(jié)能算法后，企業(yè)通過本算法提供的分析數(shù)據(jù)和節(jié)能措施，使用電量有了明顯的下降，用電情況對(duì)比如表2所示。

表2 用電量對(duì)比Tab.2 Power consumption contrast

4 結(jié)論

節(jié)能減排越來越受到各行各業(yè)的重視，本文對(duì)工業(yè)企業(yè)的節(jié)能減排工作起到了很好的指導(dǎo)性作用。借鑒相關(guān)國(guó)標(biāo)要求，提出了工業(yè)企業(yè)合理用電的節(jié)能算法。該算法通過綜合匯總和分析企業(yè)各項(xiàng)用電指標(biāo)，得出企業(yè)目前需要在那些方面進(jìn)行用電技術(shù)改進(jìn)，并依據(jù)科學(xué)的方法提出企業(yè)目前要進(jìn)行的節(jié)能措施。綜合分析企業(yè)各項(xiàng)用電參數(shù)，可以詳細(xì)了解企業(yè)每個(gè)工序和設(shè)備的耗能情況，為科學(xué)而合理提出節(jié)能措施提供依據(jù)。

[1]熊友紅.配電網(wǎng)動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償節(jié)能算法的研究[J].冶金動(dòng)力，2007，8（6）:44-47.

XIONG You-hong.Dynamic energy distribution of reactive power compensation algorithm[J].Metallurgical Power，2007，8（6）:44-47.

[2]周永良.基于實(shí)時(shí)歷史數(shù)據(jù)庫技術(shù)的鋼鐵能源管理系統(tǒng)[J].冶金能源，2010，17（2）：34-36.

ZHOU Yong-liang.Research of the real-time database technology of steel history of energy management system[J].Energy For Metallurgical Industry，2010，17（2）：34-36.

[3]吳兆明.智能能源管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2009，11（5）:7-11.

WU Zhao-ming.Design and research of intelligent energy management system[J].Industrial Control Computer，2009，11（5）:7-11.

[4]葉無煦，翟克俊，王恒義，等.評(píng)價(jià)企業(yè)合理用電技術(shù)導(dǎo)則.GB/T 3485-1998[S].國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，1998.

[5]辛定國(guó)，張管生，李愛仙，等.節(jié)能監(jiān)測(cè)技術(shù)通則.GB/T 15316-94[S].國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，1994.

[6]郭湘，蘇詳生，林郁郁，等.工業(yè)企業(yè)能源管理導(dǎo)則.GB/T 15587-1995[S].國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局，1995.