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電力需求側管理及智能電力監控技術在光伏多晶硅產業錯峰限電中的應用

更新時間：2013-12-30

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蔡舒韜

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

一、行業用戶用電特性分析

“光伏產業"是以硅材料的應用開發為產業鏈條，包括高純多晶硅原材料生產、太陽能電池生產、太陽能電池組件生產、相關生產設備的制造等。光伏發電被認為是未來zui有發展前景的可再生能源。目前，中國光伏產業集群初步形成，而且在江蘇等省已建成全國性乃至性的光伏生產基地。

該行業為大規模生產一般采用110kV或220kV供電（且為雙路同供方式運行），用電負荷較大，生產性質為三班制連續作業，且不受時段、季節、氣候影響。

光伏行業用戶設備分類表

二、行業用戶主要用電設備及錯峰限電能力分析

1、光伏行業主要用電設備有鑄錠爐、坩堝、生長爐、切割設備等，其中單晶爐避峰響應時間72小時，切片機、剖方機避峰響應時間5～6小時。該行業用電負荷較大且有連續性和重要（高危）性，不適宜參與緊急錯峰，可以安排參與階段性錯峰。

2、緊急錯峰限電時在不危及安全生產的前提下僅可以快速停用辦公照明、電腦傳真機、廠區亮化等非生產性用電設備及一定的凈化廠房等輔助生產設備，因此緊急錯峰能力弱。

3、該行業用戶階段性錯峰可以通過安排集中檢修、輪休、停生產線等方式開展。

三、行業用戶參與錯峰限電技術方案

（一）缺口等級IV級參與方案

1. 階段性錯峰：

對非生產性負荷實施節約用電管理，如：辦公照明、電腦傳真打印等辦公用電器具、分體及*空調、食堂蒸飯車、鼓風機、廠區道路照明等，在各時段減少或停用。

2. 緊急錯峰：

立即停用*空調等可間斷運行的非生產性負荷。

（二）缺口等級III級參與方案

1. 階段性錯峰：

對非生產性負荷實施節約用電管理，如：辦公照明、電腦傳真打印等辦公用電器具、分體及*空調、食堂蒸飯車、鼓風機、廠區道路照明等，在各時段減少或停用。在早峰、腰峰、晚峰時段停水泵、切片機、剖方機等非連續性生產負荷，約占總負荷的40％。

2. 緊急錯峰：

立即停用空調系統、辦公及照明系統等可間斷運行的非生產性負荷。

（三）缺口等級II級參與方案

1. 階段性錯峰：

采用集中生產，集中檢修的方式，提前或超額完成計劃的生產任務，剩余的工作日安排工人輪休或設備檢修以滿足避峰要求。

2. 緊急錯峰：

立即停用空調系統、辦公及照明系統、電炊具、廠區亮化等可間斷運行的非生產性負荷。

（四）缺口等級I級參與方案

1. 階段性錯峰：

采用集中生產，集中檢修的方式，提前或超額完成計劃的生產任務，剩余的工作日安排工人輪休、設備檢修或停用部分生產線以滿足避峰要求。

2. 緊急錯峰：

立即停用空調系統、辦公及照明系統、電炊具、廠區亮化等可間斷運行的非生產性負荷。

四、行業用戶參與錯峰限電風險及注意事項

該行業是一個連續性生產行業，屬高危行業，突然停電會造成設備損壞和人員傷亡。如需錯峰限電，必須提前72小時通知該行業企業停生產線減產或安排集中檢修并注意防止以下事故發生：

1. 在多晶硅生產過程中突然失電，特別是輸送有毒有害氣體和可燃氣體設備停止工作，使得系統產生正壓，致使向外排放，對環境造成*污染，甚至發生爆炸，在較大范圍內對人員造成傷害或致命，后果嚴重。

2. 循環冷卻水泵是在化工生產過程中用來對設備保護的冷卻設備，其輔助冷卻系統失電后停止工作也將使爐本體損壞，造成設備事故，將直接影響恢復周期，造成重大損失，嚴重時可能造成火災和人身傷害。

3. 工藝風機主要功能是為生產線輸送化學反應所需物料、空氣以及冷卻，一旦失電，反應設備內的其他物料比例過高會產生批量產品報廢或造成設備損壞甚至造成人員傷害。

4. 消防水泵是易燃易爆的化工企業在生產過程中保持相應壓力并正常運轉的安保設施，如失電停止運轉以面臨火災事故不能及時施救，造成財產損失人員傷亡。

因此，該行業參與錯峰不宜采用強制拉電或遙控設備控制限電，應指導企業及早制定有效應急預案，主動配合錯峰實施，杜絕惡性事故發生，將損失降到zui低。

五、智能電力監控的功能與應用

海潤光伏科技股份有限公司是中國zui大的晶硅太陽能電池生產企業之一自2004年成立以來，海潤光伏立足本業、快速發展，在光伏領域專業從事上游的單晶拉棒/多晶鑄錠、切方、硅片切割等環節的生產。海潤光伏旗下擁有江陰海潤太陽能電力有限公司、奧特斯維能源（太倉）有限公司、合肥海潤光伏科技有限公司和泗陽瑞泰光伏材料有限公司四家全資子公司以及一家控股子公司江陰鑫輝太陽能有限公司，專業從事太陽能電池和太陽能電池組件的生產，至此海潤光伏具備了從硅棒（硅錠）→硅片→太陽能電池片→太陽能組件生產的較完整的光伏產業鏈。海潤光伏采用了垂直一體化的生產和服務模式。海潤光伏的客戶和供應商遍布，并與客戶建立了良好的業務關系。這種穩定而持續的供應關系，使海潤光伏的產品為世界清潔能源事業做出了巨大的貢獻。

本項目為泗陽瑞泰光伏材料有限公司多晶鑄錠變電所電力監控。根據配電系統管理的要求，需要對多晶鑄錠變電所內的高壓柜、低壓配出線進行電力監控，以保證用電的安全、可靠和。

Acrel-3000電能管理系統，充分利用了現代電子技術、計算機技術、網絡技術和現場總線技術的發展，對變配電系統進行分散數據采集和集中監控管理。對配電系統的二次設備進行組網，通過計算機和通訊網絡，將分散的配電所的現場設備連接為一個有機的整體，實現電網運行的遠程監控和集中管理。

5.1 系統結構描述

本監控系統主要實現多晶鑄錠變電所的20/0.4kV配電系統進行用電監控與電能管理；監控范圍為變電所的1A、1C、1E、1F、1M、1N變壓器的低壓進線柜、聯絡柜、饋線柜及高壓側儀表、綜合保護裝置進行遠程實時監控和電能管理。該系統總計有141只安科瑞智能儀表,6只溫控儀，12臺綜合保護，分10條總線，低壓變電所和高壓室離值班室距離不遠，直接采用屏蔽雙絞線連接至串口服務器，zui后通過網線連接到網絡交換機上，監控主機通過網絡交換機實現總線上儀表與監控主機的數據連通。

5.2網絡結構拓撲圖

本監控系統采用分層分布式結構，即站控層，通訊層與間隔層；

網絡拓撲圖

間隔設備層主要為：多功能網絡電力儀表、開關量、模擬量采集模塊和智能斷路器等。這些裝置分別對應相應的一次設備安裝在電氣柜內，這些裝置均采用RS485通訊接口，通過現場MODBUS總線組網通訊，實現數據現場采集。

網絡通訊層主要為：通訊服務器，其主要功能為把分散在現場采集裝置集中采集，同時遠傳至站控層，完成現場層和站控層之間的數據交互。

站控管理層：設有高性能工業計算機、顯示器、UPS電源、打印機、報警蜂鳴器等設備。監控系統安裝在計算機上，集中采集顯示現場設備運行狀況，以人機交互的形式顯示給用戶。

以上網絡儀表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通訊協議，RS485采用屏蔽線傳輸，一般都采用二根連線，接線簡單方便；通訊接口是半雙工通信即通信的雙方都可以接收、發送數據但是在同一時刻只能發送或接收數據，數據zui高傳輸速率為10Mbps。

RS485接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗噪聲干擾能力增強，總線上允許連接多達32個設備，zui大傳輸距離為1.2km。

5.3系統功能

根據現場對系統需求，安科瑞電氣股份有限公司針對性的對該項目系統界面及功能進行了設計，具體顯示界面如下：

① 系統主界面

系統主監控畫面為高壓側實時畫面，主要實時監測高壓回路的運行狀態，紅色代表合閘，綠色代表分閘。在高壓系統圖中可以直觀的看到每路高壓進線和出線的運行參數和狀態，可以看到變壓器出線側的所有常規電力參數，如：三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、頻率、有功電度及變壓器溫度。

②系統運行監視和控制

功能有電量遙測主要監測運行設備的電參量，其中包括：線三相電壓，電流，功率，功率因數，電能，頻率等電參量及配出回路的三相電流；遙信功能實現顯示現場設備的運行狀態，主要包括：開關的分、合閘運行狀態和通訊故障報警；斷路器變位時會發出報警信號，提醒用戶及時處理故障。

③參數抄表功能

主要對低壓各出線回路的電參數進線查詢。支持任意時刻電參數查詢，具備數據導出和報表打印等功能。該報表查詢供變電所內6臺變壓器出線各低壓回路的電參數，主要包括：三相電流、有功功率和有功電度及變壓器溫度。該報表各回路名稱和數據庫關聯，方便用戶修改回路名稱。

④遙信和遙測報警功能

主要完成對低壓各出線回路的開關運行狀態和負載進線監控，對開關變位和負載越限彈出報警界面指示具體的報警位置并聲音報警，提醒值班人員及時處理。遙測報警值設置界面可以看到每個監控點的實時值和報警設置值，方便值班人員比對進線設置，負載越限值在相應權限下可自由設置。具備歷史查詢功能。

實時遙信報警信息

歷史遙測報警信息查詢

遙測報警值設置界面

⑤通訊狀態

主要顯示系統的組網結構，系統采用分層分布式結構，同時監測間隔層設備的通信狀態。紅色表示通訊正常，綠色表示通訊故障。

⑥用電量報表功能

可選擇時間段進行查詢，支持任意時間段電度累計查詢，具備數據導出和報表打印等功能。為值班人員提供了可靠的電能報表。該報表各回路名稱和數據庫關聯，方便用戶修改回路名稱。如下圖所示，顯示健身中心某段時間內的各配電回路的用電量，用戶可以直接打印報表，可以以EXCEL格式另存到其他位置。

⑦負荷趨勢曲線界面

直觀的查看回路的負荷運行情況。查看實時和歷史趨勢曲線，點擊畫面相應按鈕或菜單項可以完成相應功能的切換；幫助用戶進線趨勢分析和故障追憶，具備曲線打印功能。為分析整個系統的運行狀況提供了直觀而方便的軟件支持。

5.4運行效果

1、實用性

系統的前端產品和系統軟件均有良好的可學習性和可操作性。具備電腦初級操作水平的管理人員，通過簡單的培訓就能掌握系統的操作要領，達到能完成值班任務的操作水平。

2、安全性

配電網絡的系統配置不同于其他的行業，任何一點的疏忽是巨大的安全隱患，這要求系統中的所有設備及配件在性能安全可靠運轉的同時，還應符合中國或有關的安全標準，并可在非理想環境下有效工作。強大的實時監控功能和聯動功能，充分保證使用者環境的安全性。

3、實時性

項目實施前現場數據主要靠人工抄錄，1天2次，各回路時間不統一，可對性差；項目實施后后臺實時采集，50mS一次，可比性強。

4、穩定性

綜合智能配電系統是一項*不間斷運行的系統，肩負著監測配電網絡的運行狀況，并具有一定的處理事件的功能，要求系統要有數年以上市場的成功應用經驗，擁有相應的客戶群和客戶服務體系。

5、整體分析

項目實施前各個時段用電量以及各個回路用電橫向和豎向無法對比；項目實施后通過曲線分析，峰平谷時段對比明顯，便于削峰填谷，而且三相用電的調配相對均衡。

6、可擴展性

系統的設計并不是一層不變的，如今后根據需要將工程擴建、改造、或者與其他系統的兼容、并入等，這要求系統的設計應預留多路與其他系統的通訊接口，當追加變配電子站系統及與上級調度系統，可實現系統擴展。

7、易維護性

綜合智能配電系統在運行過程中的維護應盡量做到簡單易行。從計算機的配置到系統的配置，前端設備的配置都充分仔細地考慮了系統可靠性，并實施了相應的認證。整個系統的分層管理保證了網絡中一旦出現故障，不會因為某部分設備的維護，而停止所有設備的正常運作。

六、主要監控產品

（1）交流側儀表選ACR330ELH儀表

該表為電能質量分析儀表，主要功能有：LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計量、復費率電能統計；THDu，THDi、2-31次各次諧波分量；電壓波峰系數、波形因子、電流K系數、電壓與電流不平衡度計算；電網電壓電流正、負、零序分量（含負序電流）測量；4DI+3DO（DO3做過壓、欠壓、過流、不平衡報警）；RS485通訊接口、Modbus協議或DL/T645規約。外形尺寸：120×120mm，開孔尺寸：108×108mm。適用于高壓重要回路或低壓進線柜。

（2）交流側儀表選ACR220EL電力儀表

該表主要功能有：LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F）；四象限電能計量、復費率電能統計、zui大需量統計；4DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協議。外形尺寸：96×96mm，開孔尺寸：88×88mm。適用于低壓聯絡柜、出線柜。

（3）綜合保護裝置AM5系列

AM 系列保護測控裝置集保護、測量、控制于一體，適用于35kV 及以下電壓等級的用戶終端變電站，可實現用戶變電站的全面保護和測控。應用領域覆蓋電力、水利、交通、石油、化工、煤炭、冶金等行業。

保護裝置采用*成熟可靠的保護原理和算法，抗干擾性能強，可靠性高，保護實現方式靈活，通訊采用冗余設計。裝置具備獨立的高精度電流測量回路，16 路開關量采集和10繼電器輸出，能與Acrel-3000 電能管理軟件配合，可以實現無人值班的終端用戶變電站配電自動化系統。

適用于線路、母聯、10kV 變壓器、高壓電動機、高壓電容器等設備的保護和自動控制功能。

（4）節能產品可選導軌表或APF有源濾波裝置

照明箱DDSF1352電表主要功能：電流規格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、復費率電能統計、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協議或DL/T 645規約可選。外形尺寸：76×89×74mm，4模數。適用于照明箱的電流、電壓測量；單相電能計量。

ARD

DTSF1352導軌式電表主要功能：電流規格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、復費率電能統計、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協議或DL/T 645規約可選。外形尺寸：126×89×74mm，7模數。適用于照明箱的三相電能計量。

DTSD1352導軌式電表主要功能：LCD顯示、全電參量測量（U、I、P、Q、PF、F、S）；四象限電能計量、復費率電能統計、zui大需量統計；電流規格1.5(6)A、5(20)A、10(40)A、20(80)A可選、RS485通訊接口、Modbus協議或DL/T 645規約可選。外形尺寸：126×89×74mm，7模數。適用于動力柜。

ANAPF系列有源電力濾波裝置，以并聯方式接入電網，通過實時檢測負載的諧波和無功分量，采用PWM變流技術，從變流器中產生一個和當前諧波分量和無功分量對應的反向分量并實時注入電力系統，從而實現諧波治理和無功補償。

七、設備清單

參考文獻：

[1]安科瑞電氣股份有限公司系統解決方案.2013.1版.

[2]光伏行業錯峰限電技術指導.

作者簡介：

蔡舒韜，女，本科，安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為電氣火災監控，: 2880157861 15106209610