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基于泛在物聯網架構的專變企業用電醫生技術方案

一、方案概述

1.1 內容概述

本方案開發的專變用戶用電醫生系統,為用戶提供配變用電監測軟硬件系統及大數據分析服務,實現運行狀態監測、能效管理、節能優化等功能,基于云計算大數據的二次數據分析,發現設備過載、輕載、尖峰谷用能時段不合理等設備,提升用戶用電安全性和經濟性。

1.2 方案目標

1)通過在用戶各類主要用能設備側加裝物聯網路由器和適配器的方式,實現用電數據采集,監測用戶各類設備的實時運行狀態,通過能耗數據的綜合分析,為企業節能、降低成本提供決策支持。

2)基于大數據技術進行電量對比分析,展示企業的峰谷平電量電費使用情況,結合電力公司的用采系統數據,對專變用戶的用電行為習慣進行數據挖掘分析,實現電費優化。

3)專變用戶出現的電能質量偏低、配電房故障問題等異常現象時,能夠被及時發現并處理,降低用電風險,提升電網運行可靠性。

二、功能介紹

專變用戶用電醫生系統從管理節能和技術節能兩方面實現專變用戶精細化用電管理,管理節能包括運行狀態監測和能效管理,技術節能包括節能診斷、電能質量優化、電壓暫降治理、諧波治理、電機調速和相變儲熱節能等。

2.1 專變用戶管理節能

2.1.1 運行狀態監測

運行狀態監測功能實現專變用戶主要電力(生產設備、照明及動力)消耗量的實時數據和累計數據的圖形化顯示,主要功能包括用電負荷監測、負荷電流波動、電能質量監測、運行狀態報警、低壓網絡簡圖繪制等。

 

   

2.1.2 能效管理

專變用戶用電醫生平臺通過實時掌握用戶的用電行為,精確分析用戶的用電特征與用電趨勢。本方案在專變用戶配電房側安裝物聯網相關設備,通過獲取本地分支線路的運行狀態,將相關信息上傳到云平臺,經過數據分析、挖掘,得到更加精準的診斷建議。

能效管理功能包含設備能效管理、企業用電分析、電量分項能耗分析、電量電費統計分析等。通過與電力公司的用采系統數據結合,實現每隔15分鐘的數據統計,通過電量分析展示企業的峰谷平電量電費使用情況,可以查看企業的總電量總電費及監測點的電量電費。 

2.2 專變用戶技術節能

2.2.1 節能優化

節能優化功能包含節能診斷、節能優化建議、電能質量優化、電壓暫降治理、諧波治理、電機調速節能和相變儲熱節能。

1)節能診斷和節能優化

通過建立專變用戶能效診斷模型和關鍵用能設備能效診斷模型,并對企業以及用能設備的用能數據進行多維度、多角度的分析與挖掘,評價企業或設備的能效水平,并給出相關建議,輔助用能決策,幫助提高企業終端能源利用效率。

2)電能質量優化

本方案開發的基于邊緣計算“端側”的物聯網路由器和物聯網適配器,支持各種節能相關設備的就地自決策控制,包括智能電容器,有載調壓變,三相不平衡治理裝置等,實現有功、無功和電壓的就地優化節能控制。

l  無功補償節能

無功補償設備的裝設,可以提高線路和變配電設備的功率因數,從而有效地減少功率損耗和電能損耗。

通過采集到的配電網數據進行潮流計算,確定區域內需要無功補償值,并通過無功補償裝置來進行自動閉環調節功率因數,確保無功就地補償,最大限度減少無功流動。

根據當前數據計算所需無功補償量,當現場情況缺乏無功補償時,可給出最佳無功補償的容量和安裝地點建議,并提供補償前后功率因數提升效果對比。

l  三相不平衡治理

通過對數據的深入挖掘,從運維管控、技術改造等多角度治理手段出發,為運維人員提供有針對性的三相不平衡治理解決方案。

3)調壓節能

Ø  有載調壓配變

調壓節能就是根據各線路在不同負荷狀態下固定損耗所占的比重和線路末端用電設備電壓允許波動范圍,在確保電壓質量和對用電設備無損害的情況下,對線路運行電壓進行調整以達到降損的目的。

Ø  無載調壓配變

對于無載調壓變壓器,在使用無功補償裝置確保電壓合格率的同時,從無功補償就地平衡的角度出發,計算分接頭檔位在什么位置,才能同時確保電壓合格,無功合理。

對分接頭檔位的合理位置進行歷史統計,當配變的檔位位置與合理位置不符合時,提出無載調壓配變分接頭檔位的整定計劃和整定單,交由配網運行人員執行。

利用遺傳算法,對各配變最佳運行檔位進行優化分析,以配變的在各個負荷水平下的電壓合格和各負荷水平年平均運行時間為計算因子,以潮流計算為校驗手段,找尋能確保年電壓合格時間最長的整定方案。

Ø  線路調壓器

對負荷重的長線路,負荷較多集中在線路的中后端,線路過長,損耗大使得線路上的用戶電壓很不穩定,線路末端電壓低,影響了用戶的正常用電。根據線路的實際情況,在整個線路(或負荷)的1/2處或2/3處安裝調壓器,通過提高電壓,有效降低線路損耗,具有降損節電效益。

Ø  經濟運行電壓確定

通過最優潮流計算,在滿足電壓合格的范圍內,對線路電壓進行再次優化,計算出區域理論線損值最低的情況下電壓值,并確定為經濟電壓,同時下發調節指令,通過線路調壓器、有載調壓變等手段進行閉環調節。

Ø  最優運行方式建議

通過軟件自動統計當前運行方式下的線路、變壓器重過載情況,結合線路損耗同期對比,對運行方式進行優化建議,并提供建議后的運行方式下線路負載情況和線路損耗降低效果預計。

3)電壓暫降治理

電壓暫降/驟降是電壓有效值降至標稱值的10%90%,且持續時間為10ms1min(典型持續時間為10ms600ms)的電能質量事件之一。電壓暫降的主要原因是由供電系統和用戶內部設備發生短路故障引起的。

治理方案一

系統在市電正常時,市電通過靜態旁路給負載供電;當發生電壓暫降時,利用直流配電單元電壓進行逆變輸出,為負載供電,保證負載不間斷供電。

治理方案二:

電網正常運行時,I段電源進線開關K1處于合閘狀態,II段電源(或超級儲能電源)開關K2處于分閘狀態;當工作電源系統發生電壓暫降故障時,切換控制器命令K1跳閘,然后再合K2,實現對負荷供電的切換(切換時間3ms),保證供電的穩定性,當控制器監測到故障解除后,裝置自動返回。

4)諧波治理

本方案諧波治理采用有源濾波裝置APF+無功補償的方式,裝置通過并聯的方式接入電網,將治理所需的電流注入系統中,實現諧波及電壓控制等電能質量優化功能。

5)電機調速節能

本方案通過電機帶動導體轉子在永磁轉子產生的磁場中旋轉,導體轉子切割磁力線,在導體轉子上產生感應磁場,感應磁場與永磁場相互作用帶動負載轉動。

  

6)相變儲熱節能

儲熱技術使谷電/可再生能源電力替代化石能源實現居民供暖、工業用熱成為可能,可為電網提供規模巨大的可調負荷,提高電網調峰能力和新能源消納水平。將新能源電力或谷電以熱能形式存儲,滿足用戶用熱需求。

相變儲熱具備儲熱密度大、溫度輸出平穩、裝置緊湊且易于規模化等優勢。本方案選用比熱容高、相變焓大的熔融鹽作為相變材料,選用耐高溫的無機材料為骨架,并復合導熱增強材料,從而提升儲熱及導熱性能。

 

(1)負荷波動曲線

2)運行狀態報警

(3)實時能耗顯示

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