馮東升， 陳偉華， 張金輝

(上海電機系統(tǒng)節(jié)能工程技術(shù)研究中心有限公司，上海 200063)

0 引言

微網(wǎng)是指多個分布式電源或局部電網(wǎng)及其相關(guān)負載按照一定的拓撲結(jié)構(gòu)組成的網(wǎng)絡(luò)，并通過靜態(tài)開關(guān)關(guān)聯(lián)至常規(guī)電網(wǎng)。利用一次能源，使用微型電源，分為不可控、部分可控和全控，可冷、熱、電三聯(lián)供，同時配有儲能裝置，并使用電力電子裝置進行能量調(diào)節(jié)。微網(wǎng)電機系統(tǒng)能效監(jiān)控構(gòu)建的是集能效檢測、能效分析、費用計量、能源調(diào)度管理和節(jié)能裝置控制于一體的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)對電機系統(tǒng)的綜合節(jié)能運行智能化控制，及最低折合排碳量能源調(diào)度，使整個微網(wǎng)系統(tǒng)或局域范圍內(nèi)節(jié)能減排效果達到最佳、折算排碳量最低。它能滿足從更廣范圍、更高層面為用戶提供節(jié)能減排裝置。因此，實施的效果是局域微網(wǎng)整體節(jié)能。

1 能效監(jiān)測微網(wǎng)系統(tǒng)建立的重要性和迫切性

電機系統(tǒng)是節(jié)能減排的重要領(lǐng)域，高性能的電機系統(tǒng)能效監(jiān)控、管理系統(tǒng)是確保節(jié)能效果的重要手段。

電機系統(tǒng)的應用范圍十分廣泛，其用電量約占工業(yè)系統(tǒng)總用電量的75%，占全國總發(fā)電量的50%以上，是當今國際高度關(guān)注和重點研究的領(lǐng)域，也是我國“十一五”乃至“十二五”期間實施節(jié)能減排既定國策的重點關(guān)注領(lǐng)域。

面對電機系統(tǒng)節(jié)能的巨大潛力和迫切的市場需求，發(fā)達國家政府和國際組織都已大力推動，國際領(lǐng)先企業(yè)已投入了大量人力、物力、財力，在電機系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)研究和產(chǎn)品的推廣應用方面取得了突破性進展。因此，我國急需開展相關(guān)技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)，否則國內(nèi)中、高端電機系統(tǒng)節(jié)能市場將喪失殆盡。

目前，我國在系統(tǒng)能效檢測分析技術(shù)、系統(tǒng)節(jié)能減排整體解決方案及管理技術(shù)、節(jié)能效果和性價比達到最佳匹配的系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)等方面還處于空白，節(jié)能項目的實施主要以個別設(shè)備的節(jié)能為目標，缺乏整體節(jié)能改造和運行管理的技術(shù)手段。現(xiàn)有電機系統(tǒng)節(jié)能工程實施中存在著一系列問題，如:對任何負載都使用通用的高效電機和高效水泵、風機、空壓機組合;或采用加裝變頻器的做法;或采用電機和控制器分別設(shè)計、制造，高效產(chǎn)品的簡單組合等?，F(xiàn)有電機系統(tǒng)節(jié)能工程缺乏系統(tǒng)能效檢測技術(shù)和裝備、節(jié)能減排整體解決方案專家系統(tǒng)、能效綜合調(diào)度、控制等有效手段，以及減少碳排放量的管理系統(tǒng)等。造成系統(tǒng)節(jié)能效果不佳、節(jié)能成本大大增加，碳排放量居高不下，致使我國電機系統(tǒng)節(jié)能工程實施進展緩慢。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明:發(fā)達國家的電機的運行效率比我國高3% ～5%，系統(tǒng)運行效率要高25% ～30%。以2008年全年電機系統(tǒng)耗電計算，若改造現(xiàn)有電機系統(tǒng)的一半，使之平均提高運行效率25%，則可節(jié)約用電2 575億kWh/年以上，折合標煤1.04億t以上，相當于三峽2008年發(fā)電總量的2倍，既可節(jié)約電能，又可節(jié)約建電站的投資和相應配套設(shè)施的投資，還大大減少了CO2等有害氣體的排放。

鑒于此，電機系統(tǒng)能效監(jiān)測微網(wǎng)系統(tǒng)的研究已顯得十分迫切和必要，這是一個集能效實時檢測、分析、控制策略為一體的綜合節(jié)能減排研究。研究中從綜合節(jié)能、降低運營成本的角度提供更廣范圍、更高層面的局域微網(wǎng)整體節(jié)能解決方案，是充分考慮到綜合能效監(jiān)測管理的網(wǎng)絡(luò)運行和控制策略，是節(jié)能控制改造實施從微觀到宏觀控制的新階段。

隨著國家相關(guān)節(jié)能政策的實施，對電機系統(tǒng)整個微網(wǎng)或局域范圍內(nèi)的能效監(jiān)控管理產(chǎn)品顯得更加重要，市場需求更加緊迫。因此，本研究的開展對提高電機及系統(tǒng)能源利用率，節(jié)約能源、保護環(huán)境、實現(xiàn)我國工業(yè)領(lǐng)域的快速可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的意義。

2 電機系統(tǒng)能效監(jiān)測微網(wǎng)系統(tǒng)

電機系統(tǒng)能效監(jiān)測微網(wǎng)系統(tǒng)主要涉及電量、非電量數(shù)據(jù)檢測裝置的研究，節(jié)能減排整體解決方案專家系統(tǒng)的建立，能效檢測分析、管理控制系統(tǒng)的研究。所有設(shè)備網(wǎng)絡(luò)運行，結(jié)合具有檢測數(shù)據(jù)分析、控制策略選擇、能源調(diào)度等功能的控制平臺，實現(xiàn)局域微網(wǎng)范圍內(nèi)綜合排碳量最低的節(jié)能目標，圖1為電機系統(tǒng)能效監(jiān)測微網(wǎng)的構(gòu)成。

2.1 能效檢測裝置的研究

圖1 電機系統(tǒng)能效檢測微網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)成

研究電量、非電量數(shù)據(jù)的檢測裝置，通過能效檢測、分析，得到整個微網(wǎng)系統(tǒng)或局域范圍內(nèi)的所有設(shè)備的實時能效情況。

2.1.1 電能參數(shù)檢測裝置

電能參數(shù)采集裝置主要實現(xiàn)電能參數(shù)的實時、智能采集和處理;滿足電能輸入計量和各級設(shè)備實際消耗量計量;并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至中央控制器，計算得到耗能參數(shù);實現(xiàn)對能源傳輸、變換等設(shè)備的效率實時檢測監(jiān)控，提供給綜合能效管理系統(tǒng)能效檢測數(shù)據(jù)作為控制依據(jù)。

2.1.2 非電量數(shù)據(jù)檢測裝置

電機系統(tǒng)運行中非電量如:熱、冷、轉(zhuǎn)速、壓力、轉(zhuǎn)矩、流量等能量的檢測是系統(tǒng)能效檢測的關(guān)鍵，通過對這些非電量參數(shù)的檢測，將可得到實際生產(chǎn)中需求的能量。裝置是完成非電量數(shù)據(jù)智能實時采集和處理的采集裝置，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至中央控制器，計算得到能源利用參數(shù)。

由于電量、非電量的檢測主要是為了體現(xiàn)系統(tǒng)的整體用能情況，因此檢測設(shè)備的精度不必很高，數(shù)據(jù)采集周期約為5 s即可。

2.2 能效檢測分析、管理控制系統(tǒng)的研究

為保證節(jié)能減排裝置運行的綜合最佳效果，開發(fā)了能效檢測分析、管理控制系統(tǒng)，根據(jù)能效檢測裝置的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，以及建立的節(jié)能減排裝置數(shù)學模型，形成節(jié)能減排解決方案計算專家?guī)?，并采用全壽命周期成本分析法，選擇全壽命周期成本最低的節(jié)能方案及產(chǎn)品;計算各裝置和整個系統(tǒng)的能效情況，根據(jù)模擬運行結(jié)果，以整個微網(wǎng)或局域綜合能效最高為目標進行節(jié)能裝置運行綜合管理控制;對于多能源輸入系統(tǒng)，軟件能根據(jù)能源的折算排碳量和能源的最大供應量，實現(xiàn)最低折算排碳量調(diào)度管理控制。

能效分析、管理控制系統(tǒng)實現(xiàn)以下功能:

(1)檢測數(shù)據(jù)進行采集、存儲與匯總分析;

(2)根據(jù)檢測數(shù)據(jù)，通過專家系統(tǒng)，提供微網(wǎng)節(jié)能工程實施方案;

(3)實現(xiàn)用能實時檢測、能效分析;

(4)實現(xiàn)微網(wǎng)內(nèi)能源運行管理和運行控制;實現(xiàn)能源費用計量計算及費用報表形成。

總之，整個系統(tǒng)是通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)的，可達到實時、有效、智能化運營。

3 電機系統(tǒng)微網(wǎng)技術(shù)的特色和水平

電機系統(tǒng)能效監(jiān)測微網(wǎng)技術(shù)是處于國內(nèi)領(lǐng)先地位的節(jié)能技術(shù)。它集能效檢測、分析、綜合節(jié)能控制、能源調(diào)度管理和整體解決方案專家系統(tǒng)為一體，最終建立的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)如圖2所示，它很好地體現(xiàn)了綜合節(jié)能控制和最小折算排碳量控制等特點及優(yōu)勢，解決了長期困擾電機系統(tǒng)節(jié)能減排領(lǐng)域的技術(shù)瓶頸，其主要特色水平如下:

(1)通過全方位的監(jiān)測和數(shù)據(jù)匯總，監(jiān)測局域范圍內(nèi)的綜合能耗和能效情況，充分了解整體能效情況。

(2)采用了新的節(jié)能理念。全壽命周期成本分析法，充分考慮折算排碳量這一重要指標，提供全壽命周期成本最低的整體節(jié)能減排解決方案。

(3)應用了全新的控制策略。局域綜合節(jié)能控制，通過控制使微網(wǎng)或局域節(jié)能效果最佳，達到局域范圍內(nèi)的最佳節(jié)能控制目標。

(4)引入了全新的管理方法。最低折算排碳能源調(diào)度管理，通過能源調(diào)度管理使局域范圍內(nèi)達到最小折算排碳量控制目標。

圖2 監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運行系統(tǒng)圖

(5)在節(jié)能減排產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，向用戶提供更進一步從綜合節(jié)能和折算排碳量的角度進行能源調(diào)度和節(jié)能控制;是結(jié)合智能電網(wǎng)技術(shù)、節(jié)能減排技術(shù)、能效管理技術(shù)上的綜合技術(shù);是全新的節(jié)能與減排相結(jié)合、綜合能效管理和能源調(diào)度控制相結(jié)合的最新的符合節(jié)能減排目標的控制。

4 結(jié)語

本研究適用范圍大，可廣泛應用于制造業(yè)、鋼鐵、石化、紡織工業(yè)等各領(lǐng)域的采用電能轉(zhuǎn)化設(shè)備的耗能用戶，可用于一臺設(shè)備、一條生產(chǎn)線、一個車間、一個工廠、一棟大樓、一個商務(wù)區(qū)、一個區(qū)域，甚至可用到更大的范圍內(nèi)的整體能效管理和節(jié)能控制，擁有十分廣泛的用戶群體。

本研究是從綜合節(jié)能和折算排碳量的角度進行能源調(diào)度和節(jié)能控制的新技術(shù)，是結(jié)合智能電網(wǎng)技術(shù)、節(jié)能減排技術(shù)、能效管理技術(shù)上的綜合技術(shù)，是綜合能效管理和能源調(diào)度控制相結(jié)合的技術(shù)，是最新的、最符合節(jié)能減排目標的產(chǎn)品。本研究從能源設(shè)備管理、運營調(diào)度、全壽命周期成本分析、整體節(jié)能等角度全面降低企業(yè)生產(chǎn)運營成本、降低局域微網(wǎng)的綜合排碳量，具有廣闊的市場前景。

［1］鄭漳華，艾 芊.微電網(wǎng)的研究現(xiàn)狀及在我國的應用前景［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2008(16):27-31.

［2］陳珍萍，歐陽名三.基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的電能質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)［J］.低壓電器，2011(8):43-46.

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