電力需求側管理及智能電力監(jiān)控技術在光伏多晶硅產(chǎn)業(yè)錯峰限電中的應用

一、 行業(yè)用戶用電特性分析

“光伏產(chǎn)業(yè)”是以硅材料的應用開發(fā)為產(chǎn)業(yè)鏈條，包括高純多晶硅原材料生產(chǎn)、太陽能電池生產(chǎn)、太陽能電池組件生產(chǎn)、相關生產(chǎn)設備的制造等。光伏發(fā)電被認為是未來zui有發(fā)展前景的可再生能源。目前，中國光伏產(chǎn)業(yè)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(chǎn)基地。

該行業(yè)為大規(guī)模生產(chǎn)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(chǎn)性質(zhì)為三班制連續(xù)作業(yè)，且不受時段、季節(jié)、氣候影響。

光伏行業(yè)用戶設備分類表

二、 行業(yè)用戶主要用電設備及錯峰限電能力分析

1、光伏行業(yè)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(yè)用電負荷較大且有連續(xù)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(chǎn)的前提下僅可以快速停用辦公照明、電腦傳真機、廠區(qū)亮化等非生產(chǎn)性用電設備及一定的凈化廠房等輔助生產(chǎn)設備，因此緊急錯峰能力弱。

3、該行業(yè)用戶階段性錯峰可以通過安排集中檢修、輪休、停生產(chǎn)線等方式開展。

三、 行業(yè)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(chǎn)性負荷實施節(jié)約用電管理，如：辦公照明、電腦傳真打印等辦公用電器具、分體及中央空調(diào)、食堂蒸飯車、鼓風機、廠區(qū)道路照明等，在各時段減少或停用。

2. 緊急錯峰：

立即停用中央空調(diào)等可間斷運行的非生產(chǎn)性負荷。

（二） 缺口等級III級參與方案

1. 階段性錯峰：

對非生產(chǎn)性負荷實施節(jié)約用電管理，如：辦公照明、電腦傳真打印等辦公用電器具、分體及中央空調(diào)、食堂蒸飯車、鼓風機、廠區(qū)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(xù)性生產(chǎn)負荷，約占總負荷的40％。

2. 緊急錯峰：

立即停用空調(diào)系統(tǒng)、辦公及照明系統(tǒng)等可間斷運行的非生產(chǎn)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(chǎn)，集中檢修的方式，提前或超額完成計劃的生產(chǎn)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(diào)系統(tǒng)、辦公及照明系統(tǒng)、電炊具、廠區(qū)亮化等可間斷運行的非生產(chǎn)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(chǎn)，集中檢修的方式，提前或超額完成計劃的生產(chǎn)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(chǎn)線以滿足避峰要求。

2. 緊急錯峰：

立即停用空調(diào)系統(tǒng)、辦公及照明系統(tǒng)、電炊具、廠區(qū)亮化等可間斷運行的非生產(chǎn)性負荷。

四、 行業(yè)用戶參與錯峰限電風險及注意事項

該行業(yè)是一個連續(xù)性生產(chǎn)行業(yè)，屬高危行業(yè)，突然停電會造成設備損壞和人員傷亡。如需錯峰限電，提前72小時通知該行業(yè)企業(yè)停生產(chǎn)線減產(chǎn)或安排集中檢修并注意防止以下事故發(fā)生：

1. 在多晶硅生產(chǎn)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(tǒng)產(chǎn)生正壓，致使向外排放，對環(huán)境造成大污染，甚至發(fā)生爆炸，在較大范圍內(nèi)對人員造成傷害或致命，后果嚴重。

2. 循環(huán)冷卻水泵是在化工生產(chǎn)過程中用來對設備保護的冷卻設備，其輔助冷卻系統(tǒng)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(chǎn)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(nèi)的其他物料比例過高會產(chǎn)生批量產(chǎn)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(yè)在生產(chǎn)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(chǎn)損失人員傷亡。

因此，該行業(yè)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(yè)及早制定應急預案，主動配合錯峰實施，杜絕惡性事故發(fā)生，將損失降到zui低。

五、智能電力監(jiān)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(chǎn)企業(yè)之一  自2004年成立以來，海潤光伏立足本業(yè)、快速發(fā)展，在光伏領域專業(yè)從事上游的單晶拉棒/多晶鑄錠、切方、硅片切割等環(huán)節(jié)的生產(chǎn)。海潤光伏旗下?lián)碛薪幒櫶柲茈娏τ邢薰?、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(yè)從事太陽能電池和太陽能電池組件的生產(chǎn)，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(chǎn)的較完整的光伏產(chǎn)業(yè)鏈。海潤光伏采用了垂直一體化的生產(chǎn)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(yè)務關系。這種穩(wěn)定而持續(xù)的供應關系，使海潤光伏的產(chǎn)品為世界清潔能源事業(yè)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(jiān)控。根據(jù)配電系統(tǒng)管理的要求，需要對多晶鑄錠變電所內(nèi)的高壓柜、低壓配出線進行電力監(jiān)控，以保證用電的安全、可靠和。

Acrel-3000電能管理系統(tǒng)，充分利用了現(xiàn)代電子技術、計算機技術、網(wǎng)絡技術和現(xiàn)場總線技術的發(fā)展，對變配電系統(tǒng)進行分散數(shù)據(jù)采集和集中監(jiān)控管理。對配電系統(tǒng)的二次設備進行組網(wǎng)，通過計算機和通訊網(wǎng)絡，將分散的配電所的現(xiàn)場設備連接為一個有機的整體，實現(xiàn)電網(wǎng)運行的遠程監(jiān)控和集中管理。

5.1  系統(tǒng)結構描述

本監(jiān)控系統(tǒng)主要實現(xiàn)多晶鑄錠變電所的20/0.4kV配電系統(tǒng)進行用電監(jiān)控與電能管理；監(jiān)控范圍為變電所的1A、1C、1E、1F、1M、1N變壓器的低壓進線柜、聯(lián)絡柜、饋線柜及高壓側儀表、綜合保護裝置進行遠程實時監(jiān)控和電能管理。該系統(tǒng)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(wǎng)線連接到網(wǎng)絡交換機上，監(jiān)控主機通過網(wǎng)絡交換機實現(xiàn)總線上儀表與監(jiān)控主機的數(shù)據(jù)連通。

5.2網(wǎng)絡結構拓撲圖

本監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式結構，即站控層，通訊層與間隔層；

間隔設備層主要為：多功能網(wǎng)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(nèi)，這些裝置均采用RS485通訊接口，通過現(xiàn)場MODBUS總線組網(wǎng)通訊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)現(xiàn)場采集。

網(wǎng)絡通訊層主要為：通訊服務器，其主要功能為把分散在現(xiàn)場采集裝置集中采集，同時遠傳至站控層，完成現(xiàn)場層和站控層之間的數(shù)據(jù)交互。

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

以上網(wǎng)絡儀表均采用RS485接口和MODBUS-RTU通訊協(xié)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(fā)送數(shù)據(jù)但是在同一時刻只能發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)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(tǒng)功能

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

① 系統(tǒng)主界面

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

5.4運行效果

1、實用性

系統(tǒng)的前端產(chǎn)品和系統(tǒng)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(tǒng)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(wǎng)絡的系統(tǒng)配置不同于其他的行業(yè)，任何一點的疏忽是巨大的安全隱患，這要求系統(tǒng)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(huán)境下工作。強大的實時監(jiān)控功能和聯(lián)動功能，充分保證使用者環(huán)境的安全性。

3、實時性

項目實施前現(xiàn)場數(shù)據(jù)主要靠人工抄錄，1天2次，各回路時間不統(tǒng)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(wěn)定性

綜合智能配電系統(tǒng)是一項長期不間斷運行的系統(tǒng)，肩負著監(jiān)測配電網(wǎng)絡的運行狀況，并具有一定的處理事件的功能，要求系統(tǒng)要有數(shù)年以上市場的成功應用經(jīng)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(diào)配相對均衡。

6、可擴展性

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

7、易維護性

綜合智能配電系統(tǒng)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(tǒng)的配置，前端設備的配置都充分仔細地考慮了系統(tǒng)可靠性，并實施了相應的認證。整個系統(tǒng)的分層管理保證了網(wǎng)絡中一旦出現(xiàn)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(jiān)控產(chǎn)品

（1）交流側儀表選ACR330ELH儀表

該表為電能質(zhì)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(tǒng)計；THDu，THDi、2-31次各次諧波分量；電壓波峰系數(shù)、波形因子、電流K系數(shù)、電壓與電流不平衡度計算；電網(wǎng)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(xié)議或DL/T645規(guī)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(tǒng)計、zui大需量統(tǒng)計；4DI+2DO；RS485通訊接口、Modbus協(xié)議。外形尺寸：96×96mm，開孔尺寸：88×88mm。適用于低壓聯(lián)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(xiàn)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(yè)。

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(xiàn)方式靈活，通訊采用冗余設計。裝置具備獨立的電流測量回路，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(xiàn)無人值班的終端用戶變電站配電自動化系統(tǒng)。

適用于線路、母聯(lián)、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(jié)能產(chǎn)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(guī)格1.5（6）A、5（20）A、10（40）A、20（80）A可選、復費率電能統(tǒng)計、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸：76×89×74mm，4模數(shù)。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(guī)格1.5（6）A、5（20）A、10（40）A、20（80）A可選、復費率電能統(tǒng)計、電能脈沖輸出、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸：126×89×74mm，7模數(shù)。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(tǒng)計、zui大需量統(tǒng)計；電流規(guī)格1.5（6）A、5（20）A、10（40）A、20（80）A可選、RS485通訊接口、Modbus協(xié)議或DL/T 645規(guī)約可選。外形尺寸：126×89×74mm，7模數(shù)。適用于動力柜。

ANAPF系列有源電力濾波裝置，以并聯(lián)方式接入電網(wǎng)，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(chǎn)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(tǒng)，從而實現(xiàn)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(tǒng)解決方案.2013.1版.

[2]光伏行業(yè)錯峰限電技術指導.