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基于泛在物联网架构的专变企业用电医生技术方案

一、方案概述

1.1 内容概述

本方案开发的专变用户用电医生系统,为用户提供配变用电监测软硬件系统及大数据分析服务,实现运行状态监测、能效管理、节能优化等功能,基于云计算大数据的二次数据分析,发现设备过载、轻载、尖峰谷用能时段不合理等设备,提升用户用电安全性和经济性。

1.2 方案目标

1)通过在用户各类主要用能设备侧加装物联网路由器和适配器的方式,实现用电数据采集,监测用户各类设备的实时运行状态,通过能耗数据的综合分析,为企业节能、降低成本提供决策支持。

2)基于大数据技术进行电量对比分析,展示企业的峰谷平电量电费使用情况,结合电力公司的用采系统数据,对专变用户的用电行为习惯进行数据挖掘分析,实现电费优化。

3)专变用户出现的电能质量偏低、配电房故障问题等异常现象时,能够被及时发现并处理,降低用电风险,提升电网运行可靠性。

二、功能介绍

专变用户用电医生系统从管理节能和技术节能两方面实现专变用户精细化用电管理,管理节能包括运行状态监测和能效管理,技术节能包括节能诊断、电能质量优化、电压暂降治理、谐波治理、电机调速和相变储热节能等。

2.1 专变用户管理节能

2.1.1 运行状态监测

运行状态监测功能实现专变用户主要电力(生产设备、照明及动力)消耗量的实时数据和累计数据的图形化显示,主要功能包括用电负荷监测、负荷电流波动、电能质量监测、运行状态报警、低压网络简图绘制等。

 

   

2.1.2 能效管理

专变用户用电医生平台通过实时掌握用户的用电行为,精确分析用户的用电特征与用电趋势。本方案在专变用户配电房侧安装物联网相关设备,通过获取本地分支线路的运行状态,将相关信息上传到云平台,经过数据分析、挖掘,得到更加精准的诊断建议。

能效管理功能包含设备能效管理、企业用电分析、电量分项能耗分析、电量电费统计分析等。通过与电力公司的用采系统数据结合,实现每隔15分钟的数据统计,通过电量分析展示企业的峰谷平电量电费使用情况,可以查看企业的总电量总电费及监测点的电量电费。 

2.2 专变用户技术节能

2.2.1 节能优化

节能优化功能包含节能诊断、节能优化建议、电能质量优化、电压暂降治理、谐波治理、电机调速节能和相变储热节能。

1)节能诊断和节能优化

通过建立专变用户能效诊断模型和关键用能设备能效诊断模型,并对企业以及用能设备的用能数据进行多维度、多角度的分析与挖掘,评价企业或设备的能效水平,并给出相关建议,辅助用能决策,帮助提高企业终端能源利用效率。

2)电能质量优化

本方案开发的基于边缘计算“端侧”的物联网路由器和物联网适配器,支持各种节能相关设备的就地自决策控制,包括智能电容器,有载调压变,三相不平衡治理装置等,实现有功、无功和电压的就地优化节能控制。

l  无功补偿节能

无功补偿设备的装设,可以提高线路和变配电设备的功率因数,从而有效地减少功率损耗和电能损耗。

通过采集到的配电网数据进行潮流计算,确定区域内需要无功补偿值,并通过无功补偿装置来进行自动闭环调节功率因数,确保无功就地补偿,最大限度减少无功流动。

根据当前数据计算所需无功补偿量,当现场情况缺乏无功补偿时,可给出最佳无功补偿的容量和安装地点建议,并提供补偿前后功率因数提升效果对比。

l  三相不平衡治理

通过对数据的深入挖掘,从运维管控、技术改造等多角度治理手段出发,为运维人员提供有针对性的三相不平衡治理解决方案。

3)调压节能

Ø  有载调压配变

调压节能就是根据各线路在不同负荷状态下固定损耗所占的比重和线路末端用电设备电压允许波动范围,在确保电压质量和对用电设备无损害的情况下,对线路运行电压进行调整以达到降损的目的。

Ø  无载调压配变

对于无载调压变压器,在使用无功补偿装置确保电压合格率的同时,从无功补偿就地平衡的角度出发,计算分接头档位在什么位置,才能同时确保电压合格,无功合理。

对分接头档位的合理位置进行历史统计,当配变的档位位置与合理位置不符合时,提出无载调压配变分接头档位的整定计划和整定单,交由配网运行人员执行。

利用遗传算法,对各配变最佳运行档位进行优化分析,以配变的在各个负荷水平下的电压合格和各负荷水平年平均运行时间为计算因子,以潮流计算为校验手段,找寻能确保年电压合格时间最长的整定方案。

Ø  线路调压器

对负荷重的长线路,负荷较多集中在线路的中后端,线路过长,损耗大使得线路上的用户电压很不稳定,线路末端电压低,影响了用户的正常用电。根据线路的实际情况,在整个线路(或负荷)的1/2处或2/3处安装调压器,通过提高电压,有效降低线路损耗,具有降损节电效益。

Ø  经济运行电压确定

通过最优潮流计算,在满足电压合格的范围内,对线路电压进行再次优化,计算出区域理论线损值最低的情况下电压值,并确定为经济电压,同时下发调节指令,通过线路调压器、有载调压变等手段进行闭环调节。

Ø  最优运行方式建议

通过软件自动统计当前运行方式下的线路、变压器重过载情况,结合线路损耗同期对比,对运行方式进行优化建议,并提供建议后的运行方式下线路负载情况和线路损耗降低效果预计。

3)电压暂降治理

电压暂降/骤降是电压有效值降至标称值的10%90%,且持续时间为10ms1min(典型持续时间为10ms600ms)的电能质量事件之一。电压暂降的主要原因是由供电系统和用户内部设备发生短路故障引起的。

治理方案一

系统在市电正常时,市电通过静态旁路给负载供电;当发生电压暂降时,利用直流配电单元电压进行逆变输出,为负载供电,保证负载不间断供电。

治理方案二:

电网正常运行时,I段电源进线开关K1处于合闸状态,II段电源(或超级储能电源)开关K2处于分闸状态;当工作电源系统发生电压暂降故障时,切换控制器命令K1跳闸,然后再合K2,实现对负荷供电的切换(切换时间3ms),保证供电的稳定性,当控制器监测到故障解除后,装置自动返回。

4)谐波治理

本方案谐波治理采用有源滤波装置APF+无功补偿的方式,装置通过并联的方式接入电网,将治理所需的电流注入系统中,实现谐波及电压控制等电能质量优化功能。

5)电机调速节能

本方案通过电机带动导体转子在永磁转子产生的磁场中旋转,导体转子切割磁力线,在导体转子上产生感应磁场,感应磁场与永磁场相互作用带动负载转动。

  

6)相变储热节能

储热技术使谷电/可再生能源电力替代化石能源实现居民供暖、工业用热成为可能,可为电网提供规模巨大的可调负荷,提高电网调峰能力和新能源消纳水平。将新能源电力或谷电以热能形式存储,满足用户用热需求。

相变储热具备储热密度大、温度输出平稳、装置紧凑且易于规模化等优势。本方案选用比热容高、相变焓大的熔融盐作为相变材料,选用耐高温的无机材料为骨架,并复合导热增强材料,从而提升储热及导热性能。

 

(1)负荷波动曲线

2)运行状态报警

(3)实时能耗显示