一项降低铁合金产品生产成本的新技术
------负荷调节综合控制系统
山西博赛克电力技术有限公司总经理 侯永忠
一、前言
改革开放以来，中国经济持续快速发展，但经济增长方式主要依靠能源和资源的大量消耗来支撑，能源供应日趋紧张，能源费用在产品成本中占很大的比重，市场竞争日趋激烈。
电能是铁合金产品主要消耗的能源之一，在铁合金成本中电费占到70%。可见，电能的消耗量是关系到铁合金等高能耗行业生存的命脉。怎样通过采用新技术、新工艺、新设备，改造传统产业，降低产品电能消耗，减少电费支出，是铁合金生产企业降低生产成本和提高市场竞争的主要因素和生存发展的关键。为了降低生产成本，各企业纷纷通过自建电厂（俗称自备电厂）的方法来降低电费的支出，但由于国家政策的限制及铁合金生产过程中大的负荷突变，造成许多自备电厂不能发电，有的虽然能勉强发电，但由于承受负荷波动能力差，致使发电机组运行不稳定。因此，解决企业自备电厂非并网（即孤网）运行，直供铁合金生产用电，充分发挥自备电厂发电设备的效能，降低铁合金企业用电成本就势在必行。
山西博赛克电力技术有限公司发明的负荷调节系统专利技术（发明专利号：ＺＬ200610065761.0；实用新型专利号：ＺＬ200620008044.Ｘ）。是专门针对企业的自备电厂，在不并网的状况下，不能发电，或虽然能勉强发电，但因电力负荷的波动冲击使发电机组不能稳定运行的问题，成功实现企业自备电厂非并网（即孤网）运行，降低了生产成本，直供高能耗产品项目用电。该专利技术综合应用自动控制、电能热能转换、储能、循环利用等各项新技术，不仅解决了企业自备电厂负荷波动调节的自动控制，而且彻底解决了高能耗项目生产工艺中大功率负荷频繁投切引起的负荷波动调节问题，能够使发电机组安全稳定运行，同时可直接向高能耗项目提供与大电网同等质量的电能，满足生产、生活的用电需求。
二、山西博赛克公司解决孤网运行的工作原理和控制策略
2.1、负荷调节综合控制系统的组成
负荷调节综合控制系统由汽轮发电机组、蒸汽产生装置及与其相连的送水管道、计算机处理单元、信号检测单元、电加热单元、水介质储能单元、变压单元、电力控制单元等组成。如图所示
2.2、用负载调节系统替代电网并且实时调整电网频率
由于单机运行或孤网运行时,电源频率随负荷变动而变动,导致负荷变动时,网频波动量大,机组不能正常稳定工作。当负荷波动量为△W时,如果有一个能够存储和释放△W电功率的装置,并联在孤网运行的电网中,实时调整△W使其与负荷波动量△W相当,即可使汽轮发电机组按原先设置的等功率发电量运行,电源网频就不存在变化。这样就根本上解决了网频随负荷变化而变化的问题。
由于负荷的波动是一个电能的波动问题,或者说是一个拥有很大能量且长期源源不断进行输送的一种能量,固定的负荷装置是不能长期容纳这么大能量的,即使可承载额定容量,长期运行也会发生“爆炸”。山西博赛克电力技术有限公司采用了随进随出的设计思想,将流入负荷调节系统的能量随时转化为其它形式的能量,同时接纳新的电能。这样就产生了可长期稳定运行的负荷调节装置。
2.3、采用蓄能技术，能量循环利用，节约能源，提高效能
2.4、实时控制和检测电力参数，自动调节电力负荷
系统接收汽轮发电机组发电信息及电力用户用电信息，并根据独特的控制算法产生控制信号，控制电加热单元的切投，使系统的实时性增强。使传统的人工手动、延时长、效率低的状况得到彻底改善。
2.5、模块化结构方式，量身定做
系统的设置，可根据自备电厂的发电机组装机容量和用户负荷情况量身配置，市场适应性强，能满足用户使用需求。
2.6、系统可靠、质量保证
2007年4月17日，中国电力科学研究院对沁新煤焦股份有限公司孤网运行中供电系统进行了24小时在线检验，采样8559次，并做出电能质量评估报告。（采用我公司的专利技术：电力负荷调节系统及方法（发明专利号：200640065761.0）；电力负荷调节装置（实用新型专利号：200620008044.X）孤网运行达15个月。）
测试结论：
山西沁新焦煤有限公司的供电系统在孤网运行下，其系统电压、电压偏差、短时间闪变度（Pst）、长时间闪变度（Plt）、频率偏差、三相不平衡度、谐波电压、谐波电流、功率因数等指标均达到了国家标准。
三、相关技术指标简述
1)、设计负荷调节容量0.25MW～600MW均可；
2)、负荷调整分辨率250KW；
3)、控制指令执行时间小于350Ms；
4)、负荷波动，切换时间小于1s；
5)、操作台具有手动/自动功能，操作台具有故障指示和状态显示功能；
6)、操作界面人性化设计，便于操作，可任意设置负荷功率；
7)、具有实时存储数据，绘制时段负荷曲线功能。
8）、电能质量达到国家标准
3.1、当感性负荷或阻性负荷突甩时，在1s时间范围内，负荷调节综合综合控制系统是否能瞬时准确投入负荷，以维持发电机的周波在50Hz±1Hz。当感性负荷或阻性负荷突增时，在锅炉汽轮机系统汽压和燃气轮机进气气压允许范围内，系统是否能准确切出负荷，以保证发电机系统周波在50Hz±1Hz范围内。上述两种情况，在负荷调节综合控制系统专利技术的实际应用中已经得到证实：大负荷变动时，周波频率变化一般小于1Hz ，正常小于0.5Hz。
3.2、负荷调节综合控制系统容量是方案设施的重要环节，容量的大小直接决定孤网运行的成败和使用单位的投资大小。
负荷调节综合控制系统的一项重要指标就是能够调节多大容量的负荷，其规模大小、投资多少与其调节容量有直接关系。因此，如何确定负荷调节综合控制系统的调节容量就显得尤为重要。负荷调节系统综合控制调节容量的大小主要由用电设备的总容量与用电设备突变容量两大部分来确定。对于解列运行的发电机组，∑发电机组＝∑稳定用电设备＋∑突变用电设备。保证发电机组稳定运行的关键对突变用电设备的用电量进行调节，即:负荷调节综合系统调节容量应略大于突变用电设备的用电量。
3.3、从发电系统来说，负荷波动小于8%时，汽轮发电机组是可以承受的，不会引起汽机危急保安系统的动作，也不会引起发电机组的特殊电压变化；但在试验和实际应用于自备电厂的非并网（即孤网）运行结果是——负荷波动绝不能5%
。对于单机带厂用电机组，考虑到负荷的调整平滑性，调整率越小越好，而考虑到控制策略和投资大小，应越大越好，根据我公司技术论证，选取250KW负荷分辨率，效果最为合理。
3.4、控制系统执行时间的快慢，直接决定负荷调节综合控制系统的运行是否有效，是能否解决大负荷变动和小负荷波动时及时调节的决定性因素，即控制系统的实时性能。从我公司设计经验及技术来讲，指令执行时间不大于350Ms，而执行机构控制动作时间一般小于0.5s。通过以往成功运行的案例证明，这个周期时间是较为合理的，实际执行时间要比这个时间快的多。
四、负荷调节系统专利技术成功应用案例及经济效益分析
负荷调节综合控制系统专利技术于2005年获得国家发明与实用新型专利，当年就在长治地区的沁新煤焦股份有限公司2×6MW煤矸石自备电厂和2×12MW余热自备电厂孤网直供棕刚玉、电石冶炼项目和焦化项目中成功应用，已无故障平稳运行三年半，年均增加利润3000余万元；2008年又在内蒙古某2×50MW自备电厂孤网直供硅铁冶炼项目和太原清徐港源焦化2×6MW余热自备电厂孤网直供硅铁冶炼项目中成功应用，至今无故障运行；山西晋铝兴业冶金材料有限公司余热自备电厂的负荷调节综合控制系统项目正在紧张施工中。
自备电厂采用非并网(即孤网)运行，不仅充分发挥了企业自备电厂的设备效能，而且有效地降低了产品的冶炼成本，在节能降耗方面取得了明显效果。硅铁70%的成本是电费，每度电价降低1分钱，硅铁成本则相应降低100元/吨。以上企业的自备电厂采用我公司负荷调节综合控制系统实施孤网运行，电价降低2角钱左右，即吨硅铁成本将降低2000元左右。
企业自备电厂实现非并网（即孤网）运行，其负荷处于所在地而不存在线路损耗，无需支付电网输电费用，并可以保证企业生产的可靠供电和根据企业生产特点实现资源的综合利用。同时自备电厂自发自用的自主性很强，完全不用受制电网调峰的限制。因此可有效降低铁合金企业的生产成本。
总之，企业自备电厂实现非并网（即孤网）运行，是基于我国国情的一种必然选择，山西博赛克研发的负荷调节综合控制系统则为孤网运行提供了坚实的保证。
作者简介:
侯永忠,男，汉族，高级工程师，山西博赛克电力技术有限公司董事长兼总经理
拥有两项发明专利技术
一种电力负荷调节系统及方法 发明专利号：ＺＬ200610065761.0
一种电力负荷调节装置 实用新型专利号：ＺＬ200620008044.Ｘ
联系方式：0351－7038390
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