摘 要：介紹了電力負荷智能監(jiān)控系統(tǒng)的設計過程及最終方案的確定，并分析了其實際應用的效益。
關鍵詞：負荷控制； 現(xiàn)場監(jiān)控； 遠程瀏覽
1 問題的提出
針對我國目前的缺電情況，鋼鐵企業(yè)和其他一些用電大戶實施電力需求側(cè)（ＤＳＭ）電腦智能管理，在一定程度上能在峰平時段減少對電網(wǎng)的需用負荷，能適當緩解目前的缺電狀況，企業(yè)也能減少用電需量費用支出。
電力需求側(cè)（ＤＳＭ）電腦智能管理系統(tǒng)可以自動檢測電力、電量和電壓質(zhì)量，為用戶開展能源審計，調(diào)整用電負荷，提高用電負荷率，實行均衡用電、節(jié)約用電、減少電費支出，提供了先進的技術手段。
中國南車集團戚墅堰機車車輛廠（以下簡稱戚廠）作為用電負荷較大的企業(yè)，有5臺大功率電弧爐，負荷疊加所產(chǎn)生的短時用電需量負荷增加，對電網(wǎng)帶來一定沖擊影響，企業(yè)也為此支出高需量的電費費用。
針對這一情況，戚廠于2005年初立項正式確定實施《電力負荷智能監(jiān)控系統(tǒng)》項目，項目于2005年7月完成，并投入運行。通過一段時間的運行情況看，該《電力負荷智能監(jiān)控系統(tǒng)》項目運行正常，峰平谷時段的電力需量控制精度非常準確，利用該控制系統(tǒng)能削峰填谷，使電力負荷曲線平衡，既減少了本企業(yè)的需量電費，又能減輕電網(wǎng)高峰用電負荷。
2 系統(tǒng)總體設計
立項伊始，為了充分挖掘系統(tǒng)的功能，我們征求了各方面的需求，最終對監(jiān)控系統(tǒng)的主要功能達成如下共識：
(1) 監(jiān)測電力系統(tǒng)運行的各個參數(shù)（有功功率、無功功率、電壓、電流、功率因數(shù)），并提供參數(shù)報警功能。
(2) 提供運行的歷史數(shù)據(jù)和歷史曲線，可以查閱和打印。
(3) 廠內(nèi)任何一臺電腦，只要聯(lián)入戚廠以太網(wǎng)，使用IE瀏覽器就能瀏覽現(xiàn)場數(shù)據(jù)。
(4) 具備自診斷功能，終端通訊異常，能夠提供報警。
(5) 提供負荷運行需量實時曲線及趨勢分析。需量按1分鐘滑動時間計算，并且畫面可設定需量計算的時間。
(6) 提供鑄鋼和鑄鐵的實時需量曲線，并獲得每月的最大需量值?？梢栽O置結算日期。
(7) 負荷超過設定最大需量時，預先提供報警。
(8) 能夠為計算中心提供實時數(shù)據(jù)接口。
(9) 鑄鋼車間能夠可靠瀏覽控制需量所需的畫面，并獲得需量越界的報警
(10) 根據(jù)報警類型的不同，有不同的報警聲音。報警可以設置暫時關閉。
3 戚廠電力系統(tǒng)現(xiàn)狀
戚廠的供電系統(tǒng)由供電局的兩路35KV進線通過北廠降壓站降壓后通過南北廠兩個開關室集中送往全廠。由于南北廠距離較遠，直線距離大概有1公里左右，曲線距離就更遠了；而北廠降壓站與開關室則相距較近，約120米左右，所以初步確定在南北廠各設立一個現(xiàn)場采集站，彼此通過工廠現(xiàn)有的局域網(wǎng)相連，雖然沒有專用網(wǎng)絡的可靠程度，但可以極大的降低工程成本。由于鑄鋼車間是負荷控制的關鍵，它及時可靠的了解工廠負荷的變化情況，并及時采取措施規(guī)避高負荷是項目成功的關鍵所在，所以在鑄鋼工段設立了一個瀏覽終端，它同樣連入工廠局域網(wǎng)內(nèi)，可以隨時獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)。
現(xiàn)場數(shù)據(jù)需要在工廠局域網(wǎng)上發(fā)布，以便其他用戶瀏覽，為此，南北廠現(xiàn)場采集站必須確定一個作為服務器。南廠站采集的數(shù)據(jù)較北廠站要少很多，本來從負荷平衡的角度考慮，南廠站作為服務器是很自然的，但由于如下因素：
(1) 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量太大會受到工廠網(wǎng)絡的制約，使網(wǎng)絡情況惡化。
(2) 工廠網(wǎng)絡有時候會出現(xiàn)中斷的情況，如果出現(xiàn)這種情況，會有大部分數(shù)據(jù)無法匯集到服務器，影響歷史數(shù)據(jù)的完整。
(3) 北廠站離鑄鋼車間比較近，從局域網(wǎng)的角度考慮是處于同一個網(wǎng)段內(nèi)，如果服務器設在北廠站，他們之間的通訊中間環(huán)節(jié)少，會更可靠。
所以綜合以上考慮，我們決定將服務器設置于北廠站。
4 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集站
從供電局送來的35KV電降壓后經(jīng)開關室輸送到全廠各分變電室，我們需要采集從高壓柜送到變電室的電纜上的電氣參數(shù)（有功功率、無功功率、電壓、電流、功率因數(shù)），從而可以獲得電力系統(tǒng)運行情況的第一手資料。
根據(jù)工廠實際情況，我們共確定了23個數(shù)據(jù)測量點，每個測量點都是三相三線制系統(tǒng)，有9個電氣參數(shù)（均為模擬量）需要測量。由于工廠的電力系統(tǒng)都是高壓系統(tǒng)，都配有電壓互感器和電流互感器，把一次信號轉(zhuǎn)變?yōu)?～100V的電壓信號和0～5A的電流信號，所以我們僅需考慮如何測量這兩種信號。下文闡述數(shù)據(jù)測量方案的選擇。
4.1 采用PCI數(shù)據(jù)采集板卡
每塊板卡可以采集8～16個模擬量，甚至更多，如果搭配開關量輸入輸出板卡，則可以極大的提高采集通道的利用率，節(jié)省很大的成本。采用PCI數(shù)據(jù)采集板卡的采集過程示意圖見圖1。
由于:
(1) PCI數(shù)據(jù)采集卡不能直接采集我們現(xiàn)在的信號，信號需要經(jīng)過調(diào)理。現(xiàn)場接線很復雜。
(2) PCI數(shù)據(jù)采集卡只能插在計算機里，而現(xiàn)場信號源離計算機有幾十到一百五十米的距離，模擬信號經(jīng)過這樣傳輸，勢必會嚴重衰減，影響測量精度。而且模擬信號的傳輸距離長會耗用大量線材，增加很大成本。
(3) PCI數(shù)據(jù)采集卡采集電壓電流信號比較容易，但要獲取有功、無功、功率因數(shù)等參數(shù)就比較困難，如果強行要這么做，一是會極大地增加計算機的運算量，很不現(xiàn)實，二是系統(tǒng)太復雜，可靠性太差。
為此，采用PCI數(shù)據(jù)采集板卡的方式，導致系統(tǒng)變得很復雜，系統(tǒng)可靠性和測量精度都很差，成本相對較低。
4.2 采用電量采集傳感器采集數(shù)據(jù)
一個數(shù)據(jù)需要一個傳感器，采集后信號成為4～20mA的標準信號，這還不能直接傳給計算機，現(xiàn)場必須配有數(shù)據(jù)采集器，將之轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，通過總線被計算機接受。這樣每個點需要9個電量采集傳感器，大約900元，數(shù)據(jù)采集器還不算在內(nèi)。另外由于信號傳輸需要較多的線材，接線也比較麻煩，特別是功率變送器和功率因數(shù)變送器接線復雜而重復，安裝工作量多而復雜。總體來說這種方式可以用，但不是最好。采用電量采集傳感器采集數(shù)據(jù)的過程示意圖見圖2。
4.3 采用電力綜合數(shù)據(jù)采集模塊采集數(shù)據(jù)
這種方式結構最簡單，接線也簡單，安裝簡便，通過一根雙芯屏蔽線與計算機相連。系統(tǒng)可靠性高，事后維護簡單。按成本計算一個模塊大約900元，與前面兩種基本相同，如果使用更好的帶現(xiàn)場數(shù)據(jù)顯示的儀表則成本太大，約2000元。但是如果模塊壞的話，那只能更換整個模塊，單次維修成本較高。采用電力綜合數(shù)采模塊采集數(shù)據(jù)的過程示意圖見圖3。
從實施成本、方案可行性、系統(tǒng)易維護性和系統(tǒng)安全性等方面綜合分析，以上幾種方式，第三種方式最佳。
5 確定方案
電力綜合數(shù)采模塊我們選用了山東力創(chuàng)科技有限公司生產(chǎn)的EDA9033智能電量變送器，該產(chǎn)品經(jīng)調(diào)查性能可靠，有成熟的設備驅(qū)動程序，便于軟件組態(tài)，價錢也比較便宜。
軟件方面我們選用了北京昆侖通態(tài)自動化軟件科技有限公司的組態(tài)軟件MCGS，該軟件在我們工廠有成功應用的先例，而且滿足我們需要網(wǎng)絡版的要求。
該方案的優(yōu)越性為：
(1) 方案集成度高，緊湊簡練，便于維護；
(2) 先進的三層體系結構，下位機-----服務器-----客戶端，流行的瘦客戶機機制，廠內(nèi)計算機只要連入工廠局域網(wǎng)，無須安裝專門軟件利用IE瀏覽器就可以瀏覽現(xiàn)場數(shù)據(jù)。
該方案的安全性為：
(1) 該方案與供電局遠動系統(tǒng)相互獨立，互不影響；
(2) 系統(tǒng)信號從二次顯示回路中取得，電流通過終端內(nèi)置電流互感器獲取，采用電磁隔離和光電隔離技術，電壓輸入、電流輸入及輸出三方完全隔離
(3) 即使考慮最壞情況，本系統(tǒng)癱瘓，亦不會影響電力系統(tǒng)的正常運行
根據(jù)上述分析，最終確定方案見圖4：
6 實施后的效益分析
本項目2005年實施后至今運行良好，并且取得了極好的效益。
6.1 直接經(jīng)濟效益
依據(jù)供電公司用戶電費統(tǒng)一發(fā)票（2005年5月最大需量為19740；2005年11月最大需量為18228），戚廠用電最大需量在項目投運前后降低1512 kW，而2005年5月至2005年11月戚廠增加電力負荷約1000kw左右，實際降低最大需量2512kw，全年減少基本電費支出90.432萬元。
6.2 間接經(jīng)濟效益
依據(jù)曲線對比，峰時段避峰讓電有效時間以每天1.5小時計，則每天移峰填谷電量可達2512kW×1.5h=3768kWh。
谷電價與峰、平電價平均降低值為：
[（0.882－0.236）+（0.529－0.236）]÷2=0.4575元/ kWh。
則每天減少電度電費支出=0.4575元/ kWh×3768kWh=1723.9元。
考慮到上夜班人數(shù)增加，每天多支出575元費用，則每天減少電度電費以1148.9元計，全年減少電度電費支出：
1148.9元/天×300天=34.46萬元。（鍛鑄分廠近幾年一直單休。）
兩項合計，全年減少電費支出=90.432萬元+34.46萬元=124.89萬元。
一年內(nèi)即可收回投資。
6.3 管理效益和社會效益
(1) 為工廠加強用電成本管理，創(chuàng)造了必備的條件。對工廠進一步降低電成本從技術平臺上有了很大的提高，提供了現(xiàn)代化的技術輔助手段。
(2) 為強化供用電設備管理，提供可靠的分析依據(jù)。在該項目的實施過程中，供電、用電單位各級人員在工廠電成本的構成上都是有了很大的了解，有利于控制成本。
(3) 該項目的實施有利于管、供、用單位形成統(tǒng)一，充分、合理地降低電成本，從過去的被動管理到現(xiàn)在的主動管理。通過現(xiàn)在的技術手段，用電單位在線了解用電指標，可以算了再用，改變了用了再算的做法。
(4) 社會效益。移峰填谷的電負荷，相當于效能電廠的發(fā)電負荷，可減少電力設備、設施的投入。
(5) 電網(wǎng)運行更加經(jīng)濟、合理。