一种工业企业厂级电力需量控制系统及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开一种工业企业厂级电力需量控制系统及装置，包括如下内容：该系统由优化调度层的电力需量优化分析模块、监控层的电力需量控制装置和常规控制层的电力需量执行装置构成，其中，优化调度层与监控层采用MODBUS-TCP方式进行通讯，装置之间采用GOOSE方式进行通讯，该系统由电力需量优化分析模块根据预测及趋势分析结果，结合电力需量流程网络的实时信息，计算出需量控制目标值，然后下发给监控层的电力需量控制装置，该装置根据所辖区域控制对象的实际运行状态，对负荷调整量进行优化计算，并将控制命令下发给常规控制层的电力需量执行装置，实现对控制对象的闭环控制。
【专利说明】-种工业企业厂级电力需量控制系统及装置
【技术领域】
[0001] 本发明属于工业生产过程的控制领域，特别涉及一种厂级电力需量控制系统及装 置。
【背景技术】
[0002] 在工业企业的各项成本中，电费已成为紧随物料成本、人工成本之后的第三或第 四项大最大的成本，特别是在某些高耗能企业中，电费已成为最主要的成本然而，许多企业 由于管理、工艺、技术等各方面原因，用电利用效率偏低，具有较高的节能潜力，因此通过电 力节能技术的采用，降低电费支出成本、提高利润空间已经引起了越来越多工业企业的关 注和重视。
[0003] 目前我国对于大型工业企业用户中受电变压器容量在315kVA或用电设备装机容 量在315kVA以上的用户，实行两部制电价，即电度电价和基本电价，基本电价是按照工业 企业的变压器容量或最大需量（即每月中每15分钟或30分钟平均负荷的最大值）作为计 算电价的依据，有供电部门与用电部门签订合同，确定限额，每月固定收取，不以实际耗电 数量为转移；电度电价，是按用电部门实际耗电度数计算的电价。最大需量指计量在一定结 算期内（一般为一个月）某一段时间（15分钟或30分钟）客户用电的平均功率，保留其最 大一次指示值作为该结算期的最大需量。对于采用"最大需量"作为基本电价计费的工业 企业应合理安排各工序的运行方式，尽量避免大功率设备同时启动或运行，特别要对具有 冲击性负荷特性的工序进行有效的控制，减少企业的峰值负荷，而要实现上述目标，要靠人 为操作很难做到，需要依靠电力需量控制系统对企业需量进行控制，通过功率改变、功率延 时、功率切除等手段实现对企业用电的合理调配，减少冲击电流对电力设备的影响，提高企 业用电质量，降低企业用电成本。
[0004] 现有最大需量控制装置一般都采用单一装置的方式对需量考核点设备进行监视 和控制，无法建立企业厂级电力需量控制模型，在控制时不能兼顾其它工序的用电负荷情 况；没有配置电力需量执行装置，没有自身的采集单元，只能通过电度表来采集电度信息， 较难采集控制设备的工艺数据。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的，在于提供一种工业企业厂级电力需量控制系统，其通过建立工业 企业三层电力需量优化控制模式，合理安排企业各用电工序的运行方式，尽量避免大功率 设备同时启动或运行，特别要对具有冲击性负荷特性的工序进行有效的控制，通过功率改 变、功率延时、功率切除等手段实现对企业用电的合理调配，减少冲击电流对电力设备的影 响，提高企业用电质量，降低企业用电成本。
[0006] 本发明的技术方案是：
[0007] -种工业企业厂级电力需量控制系统，该系统由优化调度层的电力需量优化分析 模块、监控层的电力需量控制装置和常规控制层的电力需量执行装置构成，其中，优化调度 层与监控层采用MODBUS-TCP方式进行通讯，装置之间采用GOOSE方式，该系统由电力需量 优化分析模块根据预测及趋势分析结果，结合电力需量流程网络的实时信息，计算出需量 控制目标值，然后下发给所述监控层的电力需量控制装置，所述监控层的电力需量控制装 置根据所辖区域控制对象的实际运行状态，对负荷调整量进行优化计算，并将控制命令下 发给常规控制层的电力需量执行装置，实现对控制对象的闭环控制。
[0008] 上述方案中：优化调度层的电力需量优化分析模块由电力需量流程网络建模、负 荷预测、趋势分析、优化决策和控制服务五部分组成：
[0009] a)电力需量流程网络建模根据工业企业的电网结构和用电特点，将电源点、输电 设备、终端负荷，采用图模库一体化建模方法进行建模，形成厂级电力需量流程网络模型； [0010] b)负荷预测针对工业企业的用电负荷的负荷特性，分为三种类型进行预测：供电 关口负荷预测、等值用电负荷预测、特殊工序负荷预测，其中，供电关口负荷预测应用在需 量考核点，等值用电负荷预测适用于用电负荷大，负荷变化平稳的工序负荷，特殊工序负荷 预测用于负荷变化较大的冲击性负荷；
[0011] c)趋势分析以企业合同约定的最大需量为基准，结合负荷预测结果分析判断目前 的功率消耗情况，准确地判断出增加或减少负荷的最好时机
[0012] d)优化决策根据趋势分析的结果，计算需要调节的电力需量总量，结合可控设备 的运行状态，并采用相似裕度的方法计算出各监控层电力需量控制装置的需量控制目标 值；
[0013] e)控制服务将优化决策产生的需量控制目标值，经过有效性校验后，通过 M0DBUS-TCP的通讯方式下发给监控层的装置，并接收其上传的现场数据和控制反馈值。
[0014] 本发明还提供一种工业企业厂级电力需量控制装置，位于监控层，所述电力需量 控制装置有数据分析处理、电力需量优化分配、控制指令处理三个基本模块组成；所述电力 需量控制装置接受上级的控制目标值，结合所辖控制区的控制设备的运行状态进行优化分 配，并将控制信息下发给控制电力需量执行装置，实现对现场控制设备的闭环控制。
[0015] 上述方案中：所述控制装置的数据分析模块处理对上接受优化调度层的控制目标 值及系统闭锁信号，并将各用电设备的功率、电力需量和控制限值上传到优化调度层；对下 实时采集电力需量执行装置采集的现场可控用电设备的模拟量信号、开关量信号。
[0016] 上述方案中：所述优化分配具体指：电力需量控制装置根据优化调度层下发的控 制目标值，结合装置实时采集数据，依据各可控用电设备的生产成本曲线，采用动态规划的 方法进行优化分配，生成合理的控制命令。
[0017] 上述方案中：所述电力需量执行装置采集现场可控用电设备的电压、电流、功率、 电度等模拟量信号及现场开关量信号，上送给上层的电力需量控制装置；并接受上层下发 的控制命令，实现现场可控用电设备的功率改变、功率延时和功率切除。
[0018] 采用上述方案后，本发明具有以下优点：
[0019] (1)自上而下采用三层（优化调度层、监控层、常规控制层）的电力需量控制模式， 明确了各级的控制任务，提高了控制的安全性；
[0020] (2)采用基于流程网络的图模库一体化技术建立工业企业厂级电力需量流程网络 模型，实现了电力需量的动态拓扑；
[0021] (3)对用电负荷按负荷特性进行分类处理，形成以供电关口负荷预测、等值用电负 荷预测、特殊用电设备负荷预测的工业企业电力负荷预测机制；
[0022] (4)通过电力需量执行装置，实现对现场可控用电设备电压、电流、电度、工艺数据 的采集及对设备的闭环控制；
[0023] (5)利用本发明可以对企业用电的合理调配，减少冲击电流对电力设备的影响，提 高企业用电质量，降低企业用电成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1是厂级电力需量控制系统的三层控制结构；
[0025] 图2是电力需量控制装置的功能设计图。
【具体实施方式】
[0026] 以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
[0027] 图1给出了厂级电力需量控制系统的三层控制结构，分别为优化调度层主站电力 需量优化分析模块、监控层的电力需量控制装置和常规控制层的电力需量执行装置。
[0028] 1)电力需量优化分析模块包括流程网络模型、负荷预测、趋势分析和优化决策四 个主要功能。由于在工业企业中并不是所有工序或电力设备都与需量控制相关，因此需要 根据企业的生产实际，采用基于流程网络的图模库一体化化技术，建立反映工业企业电力 需量的流程网络模型；并通过模型设备索引建立结点模型与设备模型的关系，并通过自动 映射技术实现流程网络的数据采集；
[0029] 根据电力需量流程网络模型中结点设备负荷特性的不同，将采用不同的预测模型 和算法进行预测，具体包括供电关口负荷预测、等值用电负荷预测、特殊工序负荷预测。供 电关口是指企业与供电部门约定的最大需量的监测点；等值用电负荷是指将企业同种类型 的用电负荷进行叠加，以减少预测测点数量；特殊工序负荷是指对企业内负荷波动较大，对 企业关口需量有较大影响的用电工序；
[0030] 趋势分析以企业最大需量合同定值为标准，结合负荷预测结果分析判断目前的功 率消耗情况，准确而智能地判断出增加或减少负荷的最好时机；
[0031] 优化决策根据趋势分析的结果，结合控制参数的设定情况，采用相似裕度的方法 计算各控制区域的需量控制目标值，并下发给电力需量控制装置。
[0032] 2)根据企业电力需量控制的区域不同可以配置若干个电力需量控制装置，每个装 置都与主站建立通讯连接，接受上级的控制目标值及系统闭锁信号；实时采集电力需量执 行装置现场采集的现场可控用电设备的模拟量信号、开关量信号，并将优化分配后的控制 命令下发给电力需量执行装置。
[0033] 3)电力需量执行装置采集现场可控用电设备的电压、电流、功率、电度等模拟量信 号及现场开关量信号，上送给上层的电力需量控制装置；并接受上层下发的控制命令，实现 现场可控用电设备的功率改变、功率延时和功率切除；控制命令可以直接下发给现场可控 用电设备，也可以通过将命令下发给PLC控制系统，由PLC完成对现场设备的闭环控制。
[0034] 图2为电力需量控制装置的功能设计图：电力需量控制装置主要由数据分析处 理、电力需量优化分配、控制指令处理三个功能模块组成。
[0035] 数据分析处理是电力需量控制的基础，对上接受上级的控制目标值并判断是否可 用；对下从电力需量执行装置采集各可控用电设备的状态信号，为电力需量优化分配提供 准确的数据信息；
[0036] 电力需量优化分配包括功率反馈和偏计算、需量优化分配策略的实现。接受优化 调度层下发的控制目标值，结合本区域的实时用电负荷，通过计算控制偏差量，并在所辖可 控用电设备间进行优化分配，将控制命令下发给电力需量执行装置。
[0037] 本发明可用于大型工业企业电力需量控制、中小企业区域负荷控制、企业电力负 荷特性分析与统计以及采用"最大需量"作为基本电价计费的商贸企业。
[0038] 综上，本发明一种工业企业厂级电力需量控制系统，采用基于流程网络的图模库 一体化技术建立电力需量控制流程网路模型，通过负荷预测及趋势分析获取电力需量控制 相关工序及设备的未来变化趋势，制定切实有效的需量控制策略，并将需量控制值下发给 需量控制装置，经优化分配后，由执行装置实现对需量控制调节设备的闭环控制，最终实现 降低峰值需量、消峰填谷、降低企业供电费用、节约生产成本的目的。
[0039] 以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是 按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围 之内。
【权利要求】
1. 一种工业企业厂级电力需量控制系统，其特征在于：该系统由优化调度层的电力需 量优化分析模块、监控层的电力需量控制装置和常规控制层的电力需量执行装置构成，其 中，优化调度层与监控层采用MODBUS-TCP方式进行通讯，装置之间采用GOOSE方式，该系统 由电力需量优化分析模块根据预测及趋势分析结果，结合电力需量流程网络的实时信息， 计算出需量控制目标值，然后下发给所述监控层的电力需量控制装置，所述监控层的电力 需量控制装置根据所辖区域控制对象的实际运行状态，对负荷调整量进行优化计算，并将 控制命令下发给常规控制层的电力需量执行装置，实现对控制对象的闭环控制。
2. 如权利要求1所述的一种工业企业厂级电力需量控制系统，其特征在于：优化调度 层的电力需量优化分析模块由电力需量流程网络建模、负荷预测、趋势分析、优化决策和控 制服务五部分组成： a) 电力需量流程网络建模根据工业企业的电网结构和用电特点，将电源点、输电设 备、终端负荷，采用图模库一体化建模方法进行建模，形成厂级电力需量流程网络模型； b) 负荷预测针对工业企业的用电负荷的负荷特性，分为三种类型进行预测：供电关口 负荷预测、等值用电负荷预测、特殊工序负荷预测，其中，供电关口负荷预测应用在需量考 核点，等值用电负荷预测适用于用电负荷大，负荷变化平稳的工序负荷，特殊工序负荷预测 用于负荷变化较大的冲击性负荷； c) 趋势分析以企业合同约定的最大需量为基准，结合负荷预测结果分析判断目前的功 率消耗情况，准确地判断出增加或减少负荷的最好时机 d) 优化决策根据趋势分析的结果，计算需要调节的电力需量总量，结合可控设备的运 行状态，并采用相似裕度的方法计算出各监控层电力需量控制装置的需量控制目标值； e) 控制服务将优化决策产生的需量控制目标值，经过有效性校验后，通过MODBUS-TCP 的通讯方式下发给监控层的装置，并接收其上传的现场数据和控制反馈值。
3. -种工业企业厂级电力需量控制装置，其特征在于，位于监控层，所述电力需量控制 装置有数据分析处理、电力需量优化分配、控制指令处理三个基本模块组成；所述电力需量 控制装置接受上级的控制目标值，结合所辖控制区的控制设备的运行状态进行优化分配， 并将控制信息下发给控制电力需量执行装置，实现对现场控制设备的闭环控制。
4. 如权利要求3所述的一种工业企业厂级电力需量控制装置，其特征在于：所述控制 装置的数据分析模块处理对上接受优化调度层的控制目标值及系统闭锁信号，并将各用电 设备的功率、电力需量和控制限值上传到优化调度层；对下实时采集电力需量执行装置采 集的现场可控用电设备的模拟量信号、开关量信号。
5. 如权利要求3所述的一种工业企业厂级电力需量控制装置，其特征在于：所述优化 分配具体指：电力需量控制装置根据优化调度层下发的控制目标值，结合装置实时采集数 据，依据各可控用电设备的生产成本曲线，采用动态规划的方法进行优化分配，生成合理的 控制命令。
6. 如权利要求3所述的一种工业企业厂级电力需量控制装置，其特征在于：所述电力 需量执行装置采集现场可控用电设备的电压、电流、功率、电度等模拟量信号及现场开关量 信号，上送给上层的电力需量控制装置；并接受上层下发的控制命令，实现现场可控用电设 备的功率改变、功率延时和功率切除。
【文档编号】H02J13/00GK104113140SQ201410354083
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月23日 优先权日:2014年7月23日
【发明者】郝飞, 赵刚, 姜彬, 沈全荣, 谷峰, 臧峰, 黄凯, 解凯 申请人:南京南瑞继保电气有限公司, 南京南瑞继保工程技术有限公司