电力经济管理系统的研发与运用

1前言

株洲冶炼厂是我国大型有色企业之一，产品拥有铜、铅、锌、金、银、钻等二十余种，其主要产品为锌。锌分为工、n两个生产系统，分别于1%8年，1996年投产，其中工系统年产锌约为16万t，且系统为ro万t。由于锌采用湿法冶炼技术生产，其生产工艺一个主要过程是将锌液连续送人电解槽，加人相当密度的直流电流，使锌在阴极板上析出锌。不难看出，锌电解必将耗用大量的电能。株洲冶炼厂是中南地区用电大户，年用电量高达ro亿k耳飞，其中约76%的电量用于锌电解。电能占全厂总能源的65%以上。

2系统研制的目的、意义

能源是现代社会前进与发展的物质前提与基础，节能降耗已成为全世界所关注的主题。因此，如何提高电能的利用率具有重大的社会效益与经济效益。由于锌电解使用的是直流电，在株冶的全部电力负荷中，3/4以上的电能需由交流电经整流装置变换为直流电，在这一转换过程中，它将损耗相当一部分电能。

这种损耗由整流系统的交、直流母线、开关、整流变压器、整流机组内大量晶闸管、硅元件、快熔、分流器、均流电抗器、平衡电抗器等种种设备在整流过程中的电能损失构成。我们通常用整流效率来衡量整流过程中的电能损耗率大小。由此可得:交流电量=直流电量+损耗电量(l)直流电量/交流电量+损耗电量/交流电量二1(2)整流效率+损耗率=1(3)由式可知，整流效率与损耗率是一种反比例关系。因此，本系统从直流供电这一过程着手，以提高供电过程中的整流效率为目标来进行研制。从提高直流供电过程中的整流效率的角度出发，来提高电能利用率，降低能耗损失。

3系统设计

3，1供电系统简介

株冶I系统整流所供电系统如图1所示。图中叨2、粼H、科0三条35kv进线经过高压母线及开关向18台变压器供电，414、424、426回路为厂动力变压器，提供全厂动力用电，412、422为所内自用变压器，其余13台整流变压器经过可控硅或二极管机组向直流母线供电，8(X)V直流母线通过直流刀闸和联络开关分别对工、n、班、W四个直流电解系列供电，每条进线所带的变压器及直流电解所需的电流，可通过开关、刀闸的状态来选择。供电过程中的动力负荷变化不可控，而由可控硅或二极管供电的电解整流负荷则可以通过调节可控硅的移相角或调节变压器的有载开关的挡位来改变直流负荷的大小。

3.2系统研制方案

株冶的日用电量是相对稳定的，但由于锌电解工艺要求及工厂用电的分时段计价等因素，使一天中的电解直流电量因时段不同而变化。I整流所13台整流变压器共19台整流机组对4个直流电解系列供电，在满足各个系列不同直流供电量的前提下，协调好多台整流机组的组合并联运行，并合理分配各台整流机组的电流，使其损耗最小，从而获得最佳整流效率是本系统研制的核心课题。如果对整个整流系统的各个主要耗能环节进行能耗核算，这是不难做到的。

但要根据每台整流变压器、整流机组在不同负荷下的运行，加上功率因数高低、环境及设备温度的影响、现场工人操作的随意性等等诸多因素来进行综合计算，以求得在不同负荷电流下以不同整流设备的组合方式来获得最小损耗，这就将使这个问题成为多个不确定因素，在其离散且非线性的大量数据及繁琐的计算中，很难找出整流效率的最优解。所以，在方案研制中，我们不得不摒弃从理论上讲可能极为精确但现实中却很难做到的这种方法。而从解决问题的另一种角度出发，不以大量的公式对含有高维数的各种损耗或效率进行计算，利用从直流供电过程中以动态寻优的方式达到同样的目的。

即采用计算机专家系统思想，将现场操作经验和已有的相关知识结合起来，建立专家知识库，在知识自动刷新中，以合理的推理机制，提供最佳直流供电方案。同时将计算机连续计算出的整流效率直接显示辅以论证。即:整流效率二直流电量/交流电量(4)式中直流电量是与35kV进线相关的锌直流系列直流总电量。交流电量为35kV进线电量(R)，因为进线电量包括厂动力变用电量(Pf)、所变自用电量(玖)、锌系列直流电量(巧)及整流过程中的电能损耗(乳)。所以，在计算机中建立的整流效率(动的数学运算模型即为:巧刀=R一Pf一Pz综上所述，计算机对整流效率的高速运算和专家系统的创新思维与以往只能通过运行一段时间后的各类原始电量报表计算整流效率来探索选择直流供电方案相比，有飞速的突进。

3.3系统结构

根据系统方案确立的主题设想，本管理系统硬件组成部分结构设计如图2所示。图中，瓦特/乏尔变送器接入35kV系统的进线、厂变、所变计量CT、PT中，将以上多路交流信号经变送器转换成标准电量再经数据采集刀D变换后送人本所工控计算机，多路直流电量信号经直流强电测量仪检测后通讯送人工控机，从而实现对本所交、直流电量实行计算机实时临控。在此基础上，计算机将根据采集到的大量数据利用软件进行各种运算和制成各项管理功能程序。设置在办公室的中央管理机通过联网通讯，可随时调用现场工控机的资料，查阅本厂电力负荷运行的即时电量参数和历史档案，监控现场工控机的运作。

4系统功能介绍

4.1直流供电优化决策专家系统

简单地说，专家系统就是一个在某一特定领域内运用人类专家的丰富知识，进行推理求解的计算机程序系统。它的核心功能是可不断地获取新知识，扩充自身能力，运用推理机制对数据库中的信息、数据进行分析、求证、处理后上升为知识存入知识库，新增添的知识刷新库存原有知识，使得知识库处于一种动态寻优的过程，库存知识不断得以扩充，创新，由于专家系统能够高效、准确、全面、迅速而不疲倦地工作，解决问题不受环境和情绪的影响，专家的专长不受时间和空间的限制。

所以，使用专家系统可以将人类专家的经验和思维方法加以总结归纳，形成规则保存起来，提供咨询。直流供电经济运行优化决策的目的就是要在满足电力系统安全运行，确保电解直流电量要求的前提下，尽可能提高电力运行的经济性，即提高整流效率。整流所的现场条件可以使整流机组在相同与不相同的系列负荷条件下进行多种组合搭配，每台机组又可以在相当范围内进行电流输出调整，同时多年来对于电力经济运行建立的相关知识可以直接融进专家系统知识库，使专家系统迅速进入机理推制的正向推理轨道。将得到最高效率的每一种组合状态做为优化建议刷新存人知识库，当值班人员接到厂总调改变各系列直流电流的指令而需要向专家咨询的时候，它就将向你提供出相应的最佳经济运行方案。