企业用电提高负荷率与降低最大需量的分析智能系统

摘要

本发明提供一种企业用电提高负荷率与降低最大需量的分析智能系统，其包括通过网络相互通信的电能检测仪、通讯管理机及电能监管端中央数据处理器，所述分析为负荷波动三阶三元素跟踪分析和最大需量与时域分析，所述电能监管端中央数据处理器包括数据库模块、对数据进行智能分析的专家库模块及对负荷波动三阶三元素跟踪分析和最大需量与时域分析的负荷需量模块、负荷需量优化和优化评价模块，以及标准库模块及决策模块。本发明对电力负荷的三阶三元素跟踪分析，找到用电终端设备的负荷波动源，并采取相应的负荷调控技术与管理措施，提高负荷率，降低最大需量，达到了均衡用电、有序用电、电力资源优化配置、降损节电和提升能源利用效率的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及一种企业用电提高负荷率与降低最大需量的跟踪分析及其优化、调控、评价系统，尤其涉及一种企业用电负荷波动三阶三元素跟踪分析和最大需量与时域的分析，及其优化、调控评价系统。

背景技术

电力是国民经济发展的基础资源，随着我国现代化建设的进展、科学技术的进步和人民生活水平的不断提高，对电力需求越来越大。为了缓解电力能源供应紧张局面，提高电能利用率和使用效率，我国制定了“开发与节约并重，近期把节约放在优先地位”的能源方针政策。节电是国家发展经济的一项长期战略方针，是一项利国利民的事业，它有利于减轻电网的电力需求，缓解能源短缺现状；有利于提高经济增长率和社会效益；有利于落实科学发展观，建设节约型社会。

在这方面，电力需求侧管理（Power Demand Side Management，简称DSM）大有作为。电力需求侧管理是国际能源战略的重要组成部分，是缓解电力供应紧张状况，提高电力供应效率的重要举措。有关专家预测，如果实施有效的需求侧管理，到2020年，我国可减少装机1亿kw左右，超过5个三峡工程的装机容量，这将大大缓解对资源和环境的压力，同时还可以节约8000亿到10000亿元的投资。由此可见，在我国实施需求侧管理的潜力是非常大的，而负荷管理系统又是需求侧管理的重要技术手段。

为了降低电力需求和减少电量消耗，电网及电力用户应对所辖变配电设备及用电终端设备进行负荷管理和能效管理，针对所有需求侧用电设备提出系统的监测、优化及决策方案，它是实现大规模节电效益，降低单位GDP能耗行之有效的措施。

电能管理系统首先对需求侧进行电能使用的指标实时检测，进行电能信息采集，并存储至中央数据处理器，最后作出科学分析，但仅有这些基本的功能还不能满足中国当前节能降损的目的，还需提供电能管理的服务。

发明内容

本发明的目的在于提供一种企业用电提高负荷率的负荷波动三阶三元素跟踪分析和最大需量与时域分析及优化、调控评价系统，其能够及时有效地发现负荷波动源和最大需量与时域，以及定位何种配电线路的终端设备单元的负荷影响到总电源的最大负荷与最大需量，以便采取负荷需量优化措施，提高用电负荷率、降低最大需量，从而均衡负荷曲线，降低企业用电成本。

为实现上述发明目的，本发明的一种企业用提电高负荷率与降低最大需量的分析智能系统，其包括通过网络相互通信的电能检测仪、通讯管理机及电能监管端中央数据处理器，所述分析为负荷波动三阶三元素跟踪分析和最大需量与时域分析，其特征在于，所述电能监管端中央数据处理器包括数据库模块、对数据进行智能分析的专家库模块及对负荷波动三阶三元素跟踪分析和最大需量与时域分析的负荷需量模块、负荷需量优化和优化评价模块，以及标准库模块及决策模块。

作为本发明的进一步改进，所述电能检测仪与用电的配用电设备相连接以采集配用电设备的电能指标参数数据。

作为本发明的进一步改进，所述专家模块包括如下子模块：电能可视化处理模块、配网诊断系统模块、能源审计与评价系统模块、以及符合需量分析系统模块、负荷需量优化系统模块和负荷需量优化评价系统模块。

作为本发明的进一步改进，所述标准库模块包括如下子模块：用电水平评价标准库、企业能耗标准库、产品电能耗标准库、电力污染评价标准库和电能质量标准库。

作为本发明的进一步改进，所述三阶三元素跟踪分析是对电力总电源、配用电主干线和用电终端设备的三阶次用电节点进行负荷率、最大负荷出现的时间及负荷占比率三个元素进行跟踪分析。

作为本发明的进一步改进，所述三阶三元素分析还包括对所述电力总电源、配用电主干线和用电终端设备逐一统计分析其日平均负荷与最大负荷，并通过最大需量与时域的三阶次曲线与图表数据进行跟踪分析。

作为本发明的进一步改进，由所述负荷需量优化和优化评价模块、及专家库模块与标准库有关子模块对跟踪分析所判定的配用电设备的波动源及抬高最大需量的主要终端设备进行最终评估，并采取负荷调控技术措施对负荷曲线优化。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的企业用电提高负荷率与降低最大需量的分析智能系统对电力负荷的三阶三元素跟踪分析，找到用电终端设备的负荷波动源，并采取相应的负荷调控技术与管理措施，提高负荷率，降低最大需量，达到了均衡用电、有序用电、电力资源优化配置、降损节电和提升能源利用效率的目的。

附图说明

图1为本发明的企业用电提高负荷率与降低最大需量的分析智能系统的硬件组成示意图；

图2为本发明的企业用提高负荷率与降低最大需量的分析智能系统的软件组成示意图；

图3为本发明的企业用提高负荷率与降低最大需量的分析智能系统的负荷波动三阶三元素跟踪分析流程图；

图4为本发明的企业用电提高负荷率与降低最大需量的分析智能系统的负荷波动三阶三元素波形分析过程图，其仅以三条主干线为例进行分析；

图5为本发明的企业用电提高负荷率与降低最大需量的分析智能系统的最大需量与时域分析流程图，其同样以三条主干线为例进行分析；

图6为本发明的企业用电提高负荷率与降低最大需量的分析智能系统的终端负荷的月负荷中最大负荷与时间（或时域）的概率统计表，其中，以1月份为例，同时为简化起见，省略示出了部分数据；

图7为本发明的企业用电提高负荷率与降低最大需量的分析智能系统的终端负荷的月负荷中最大负荷与时间（或时域）的概率统计表，其中，以2月份为例，同时为简化起见，省略示出了部分数据；

图8为本发明的企业用电提高负荷率与降低最大需量的分析智能系统的终端负荷的年负荷中最大负荷与时间（或时域）的概率统计表，为简化起见，省略示示出了部分数据；

图9为本发明的企业用电提高负荷率与降低最大需量的分析智能系统的年累计负荷千瓦与时间的实时曲线，其中时间段取24小时。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

如图1所示，本发明的企业用提电高负荷率与降低最大需量的分析智能系统的硬件有与企业的各用电设备连接的电能监测仪1、与电能检测仪1通过网络接受电能监测仪1的监测数据并处理电能监管的中央数据处理器5、及通过网络6与电能监管中央处理器5通讯的变电站、用电维护人员的工作计算机7组成。上述网络6可以为互联网，也可以为企业或辖区的内部网。

具体地，电能监管中央数据处理器5设置有数据库、专家库模块、负荷需量分析模块、负荷需量优化模块、负荷需量优化评价模块、标准模块及决策库。上述电能监测仪1借助数据库以实时采集用户变电站及各用电设备的各项电能指标参数数据，并通过用户网络2实时传送至用户通讯管理机3。

上述电能指标参数数据包括三相电压不平衡度、三相电流不平衡度、电压谐波畸变率、频率、总功率因数、相功率因数、电源交换点总负荷与最大需量、配用电主干线负荷与最大需量、用电设备的负荷与最大需量、单相负荷、相电压、线电压、相电流、零线电流、相电压偏差、线电压偏差及频率偏差等指标。

进一步地，上述电能监测仪1包括如下功能模块：CPU模块、与CPU模块连接的数据库模块、通讯模块、电源模块及GPS模块。其中，数据库模块用来采集企业用电变电站及各用电设备的上述各电能指标参数数据。通讯模块用于与用户通讯管理机3通讯，其可以采用如以太网、局域网、互联网、GPRS无线通讯等方式进行数据的实时传输。GPS模块可以将企业用电变电站的各用电设备的数据与其所处实际位置一一对应，以便确保维护、检修人员快捷正确的到达目的地。电源模块，其由电网供电，结合太阳能电池或蓄电池供电。

本发明的企业用提电高负荷率与降低最大需量的分析智能系统将电能监测仪1实时采集的数据参数经外部网络4传送至电能监管中央数据处理器5，然后对采集的数据参进行分析处理，以图表的形式实时动态显示用电设备的电能输入、传输、消耗的全过程。

电能监测仪1与用户通讯管理机3、电能监管中央数据处理器5之间的通信方式采用递归主站系统概念，结合通信协议进行通信。该网络可以通过以太网、GPRS无线传输、互联网或局域网实现。

本发明的企业用电提高负荷率与降低最大需量的分析智能系统还包括电能信息采集、监测数据规约解析，然后将信息数据存入原始数据库。系统提取原始数据，并对原始数据进行综合分析，生成变电站综合信息分析图表，其中包括用电设备的电能审计报告、配网诊断、电能质量、能耗等级、用电设备节电空间等信息，并送入用户信息数据库。同时，系统从用户信息数据库中提取变电站及用电设备综合信息数据，调用专家库模块标准库中相应标准，对变电站配用电能消费情况进行分析。

上述标准库具有用电水平评价标准库模块、电力污染评价标准库模块、企业电能质量标准库模块、产品电能耗标准库模块共四个子模块。专家库模块具有电能可视化处理系统模块、配网诊断系统模块、能源审计系统模块、电能质量分析系统模块、节能空间评估系统模块、负荷需量系统模块、负荷需量优化系统模块、负荷需量评价系统模块、节能与配电改造方案专家系统模块共九个子模块。

本发明的企业用电提高负荷率与降低最大需量的分析智能系统中的配网诊断模块和电能质量分析模块，通过电能管理系统中的实时数据采集与图表显示，能全面了解变电配网的实际运行情况和存在的问题，如电网用电设备过载、负荷不平衡、电压水平、谐波水平以及系统各节点的功率因数、无功补偿、效能、零序电流等，从而对变电站用电设备进行安全、经济、质量等指标进行评价，提出变电站用电设备的有关优化报告，以提高其运行水平。

企业用电提高负荷率与降低最大需量的分析智能系统具有节电空间评价模块和配网改造模块。根据电能质量分析、能耗评价分析与节电空间分析，自动生成电能优化和节电改造方案。

如图3所示，企业用提电高负荷率与降低最大需量的分析智能系统中的负荷需量分析系统模块，根据可视化处理系统中呈现的日、周、月、季、年的负荷曲线，峰谷平时段的负荷以及负荷最大、最小、平均值，自动生成衡量符合波动的负荷率指标（监测期平均负荷与最大负荷的比值）。在负荷需量分析系统中可分析为三个阶次的用电设备最大负荷与时间关系，即电源交换点（变电站变压器的高低压计量点）、配用电主干线以及用电终端设备的负荷率与时间，从而制定影响总符合率的有关最大负荷波动源。

如图4~5所示，本发明的企业用电提高负荷率与降低最大需量的分析智能系统中负荷需量分析系统模块，根据可视化处理系统中呈现的日最大需量的柱状图及其出现概率最大的时域（t₁~t₂）。在负荷需量分析中总电源、配用电主干线及终端用电设备进行最大需量与时域分析，及P_∑、P₁~P₃、P₁~P₄、P₂~P₄、P₃~P₄的最大需量与时域（t₁~t₂）的概率柱状曲线。

本发明的企业用电提高负荷率与降低最大需量的分析智能系统中优化及优化评价模块。根据分析判定的有关最大负荷波动源及抬高最大需量的有关终端用电设备，由负荷需量优化系统模块，采取符合调控技术措施，如错峰、避峰、移峰填谷、间歇中断负荷等。改进用电方式来均衡负荷曲线、平抑最大负荷及尖峰负荷、提高负荷率及降低最大需量。同时，还借助可视化处理系统中的负荷曲线“时比”显示功能，以及优化后最大需量与时域的柱状图P_∑’、P₁’~ P₃’、P₁’~ P₄’、P₂’~ P₄’、P₃’~ P₄’概率柱状曲线，对负荷需量优化调控前后的效果进行负荷需量波形和负荷率及最大需量数据进行评价，其中包括最大负荷及最大需量KW指标数据的下降，负荷率提高以及降低配网能耗等效益。

下面对本发明的企业用电提高负荷率与降低最大需量的分析智能系统的具体实施过程结合附图进行详细说明。

电力用户配用网络中各电能监测仪1采集电能信息后，通过网络发送到电力用户通讯管理机3，然后通过互联网传输到电能监管中央处理器5。其根据监测仪所使用的数据传输规约进行规约解析，并存入原始数据库。

系统提供电力用户原始数据后，对原始数据进行综合分析，生成电力用户电能专用综合信息分析图表与曲线，其中包括用户配网诊断、电能质量、用电水平、节电空间等信息，并送入用户信息数据库。

系统从用户信息数据库中提取用户电力综合信息数据库，调用专家模块中相应的专家系统模块和标准库中相应的标准，对企业配用电网、用电设备电能消费情况进行分析：

（1）系统调用专家库模块中的可视化处理系统模块和配网诊断系统模块，对用户用电综合信息分析数据进行处理，生成电能（电力、电量）消费信息图表和配网诊断（负荷率、功率因数、PQ潮流等）图表等决策报告，并送入决策库模块。

（2）系统调用专家库模块中电能质量分析系统模块，对电能质量分析，并调用标准库中电能质量标准模块、电力污染水平模块，对电能质量、电力污染水平进行评估，从而生成电能质量分析图表和电能质量等级、用电水平等级、电力污染等级图表，并送入决策库模块。

（3）系统调用专家库模块中节能空间系统模块，对电能接收、传输和使用进行分析，生成节能空间评估报告，并将节能空间评估报告送入决策库。

（4）系统调用专家库模块中电能质量优化系统模块，根据能耗水平、电能质量、用电水平、电力污染水平、节电空间对电能使用方案进行优化，生成电能优化方案，并送入决策库模块。

（5）系统根据能耗水平表和能耗等级图表、电能质量分析图表、用电水平等级、节电空间评估报告、电能优化方案等，生成用电综合信息分析因素，并送入决策库。

（6）系统调用节能和配网改造系统模块，根据用电综合信息，调用节能标准库模块，生成节电方案与配网改造方案，并送入决策库模块。

进一步参照图4、5所示，企业用电符合波动三阶三元素跟踪分析具体包括如下内容：

（1）企业用电电能流向分三个阶次，即电能接收、电能传输和电能使用。

①、第一阶次为电网向用户送电的交接点，即主变压器的高压或低压侧（或称一次侧或二次侧）的电能计量点，该电能交接点借助专家库模块与负荷需量模块的智能在电能监管端呈现日、周、月、季、年的负荷曲线及显示负荷的最大、最小、平均值，以及自动计算的负荷率，并按概率统计可描绘出企业用电日总负荷P_∑=f(t)中出现的最大负荷的概率时间点t₀。

②、第二阶次为所有配用电主干线，即由变电站二次母线通过电缆分别向车间、工段或各配电房送电的主干线。同样发挥专家库模块与负荷需量模块的智能分析功能，能跟踪到占主要负荷影响的某一或某些配用电主干线P₁~P₄=f(t)的最大负荷的概率时间t₀。

③、第三阶次为所有用电终端设备P_1~1,2,3、P_2~1,2,3、P_3~1,2,3……，其中包括各行业生产流水线、流水线辅助设备、通用机电设备（风机、水泵、空压机等）、中央空调设备、工厂机修设备及照明或其他设备，对影响主要负荷波动的用电设备进行最后一阶次的跟踪分析，直至找到t₀时间点某一或几个主要影响总负荷波动的波动源。

（2）企业用电负荷波动三元素借助可视化处理系统模块的负荷需量分析系统模块提供的第一元素为日（周、月、季、年）负荷曲线，第二元素为概率统计日负荷率及时间，第三元素为主要负荷影响因素（占比=实时负荷/总负荷）。

①、按三阶次负荷波形图序列，首先，依总电源P_∑=f(t)找到最大负荷（日负荷率）的时间点t₀。并同步找到主干线及配用电终端设备的出现最大负荷的时间点。

②、根据三阶次负荷波动源功率占比大小进行次序列表，次序类表为P_2~1中央空调、P_1~1流水线1、P_3~2通用机械及P_3~3机修（非总电源最大负荷的时间点t₀的其他负荷波动源暂不考虑），上述列表中的负荷波动源即为通过三阶三元素跟踪分析并将采取负荷调控予以平抑的负荷波动源。

用电负荷波动源输入专家库模块的负荷需量优化模块分析后，可以判定不同负载设备，不同工况及不同时间点或时间的最大负荷（负荷率），采取负荷调控措施，其包括技术和管理措施，对最大负荷、负荷率低于国家标准的时间或时间段进行错峰、避峰、移峰填谷、可中断负荷，以及启用蓄冷、储热和再生能源等有序用电措施，以改进用电方式，均衡负荷曲线，提高企业用电负荷率。

利用专家库可视化处理系统及负荷需量优化评价系统对采取负荷调控措施前后负荷波动曲线和负荷率数据进行“时比”，从而得到提升负荷率和降低最大负荷（KW）的数据。同时，由于配用电设备的铜损正比于负荷平方的函数关系，负荷优化评价系统还能量化降损节电的附加经济效益。

如图5所示，企业用电最大需量与时域分析：

企业用电电能流向由电网向用户送电的电源交接点，即用户总电源点，由专家模块与负荷需量模块提供用电总电源的日、月、年的最大需量与时域的概率柱状图P_∑=f(t)曲线，并锁定了总负荷在什么时域点出现需量最大值（即统计期内15min时间间隔最大负荷平均值或称15min时间间隔内最大需量值）。电网公司与用电用户之间按全月出现的15min的最大平均需量值KW向用户结算基本电费。

企业用电通过变压器降压后，电能轨迹向所有配用电主干线流动，在所有主干线上均有电能监测仪监测到的电能分配及其出现的最大需量值和时域点、及图5中所示的最大需量与时间的柱状图（即：P₁=f(t)、P₂=f(t)、P₃=f(t)等），并同步对应总电源的时域点上，可以智能判定那几条配用电主干线负荷抬高了总电源最大需量（如柱状图中“                                                ”所示的点）。

沿着电能轨迹流向很快找到用电终端设备P_1~4、P_2~4、P_3~4等最大需量与时域点的柱状图，从电能管理显示平台，可以清楚地发现P_1~1、P_2~1、P_2~2的终端用电设备负荷抬高了配用电主干线1、2以及总电源的最大需量值。而从原始数据库可以找到P_1~1、P_2~1、P_2~2配用电主干线受电的终端用电设备，如生产流水线、流水线辅助设备、通用机电设备（风机、水泵、空压机等），以及中央空调、工厂机修设备与照明或其他设备等。

如图6、7所示，表示最大负荷（最大需量）与时间点（或时域）的概率统计表。

用户信息数据库提供的用户用电三阶次日负荷电能参数及曲线，由于受到工厂产品结构、加工数据、作息时间以及气候环境等可变因素影响，特别是我国东部地区，空调负荷增长较大，故一定程度上也影响到其代表性。为此，按全年每小时负荷统计作为数据对象予以概率统计。

本发明具体实施中，采用日、月、年概率统计方法来求取最大负荷（包括最大需量）出现的时间点（或时域），其实施步骤如下：

根据电能监管端提供的用户信息数据库某终端设备日负荷24小时的负荷类表统计其全月累计24小时的负荷KW数。

如图8所示，将终端负荷1月、2月直至12月的24小时负荷参数列表，求出全年负荷24小时最大负荷与时间点，从而累计得到全年24小时段的最大负荷KW数。

如图9所示，绘制全年累计最大负荷P_M与24小时的实施负荷曲线，然后取90%或95%P_M与实时负荷曲线交点，得到全年出现最大负荷概率统计的时间点或时域（交点为9:00-11:00），以此作为该时域内对最大负荷的波动源和最大需量终端设备单元实施错峰、削峰和移峰填谷等负荷调控措施的平抑最大负荷。

将影响和抬高企业用电最大需量的终端用电设备P_1~1、P_2~1、P_2~2参数数据输入专家库的负荷需量优化专家系统和负荷需量优化评价系统模块，根据分析判定的不同负荷设备、不同工况及与总电源最大需量的同步时域点，采取负荷调控措施，其中包括如下技术和管理措施：

措施一：错峰、避峰；

企业调整生产计划、生产工艺和生产班次，转移最大负荷中的高峰负荷；合理安排高能耗设备的检修时间；调整上下班及周轮休时间等。如铸造行业中加温与保温的交替过程，因交替过程长，通过计划调度将加温过程安排在用电低谷，保温过程安排在用电高峰等。

措施二：可中断负荷；

企业用电通过自动控制装置实现负荷的间歇式循环控制。如中央空调机组轮流循环间歇开停主机，如15min内开12min停3min。实践证明对中央空调机组，特别是大型商场，楼宇的温度无太大影响，而对降低最大需量值，降低基本电费都有十分显著的效果。同时，也可对电炉和冶炼炉进行间歇供电，在连续15min内保持最大功率机会并不多，因此，采用最大需量控制手段是比较有效的。

措施三：移峰填谷

采用电气蓄冷储热技术，即在用电低谷时段蓄能，在高峰用电时段释放冷能或热能，以享受国家峰谷电价激励政策，减少电费支出，降低最大负荷及峰电负荷。企业用电二班制或一班制生产时，由白天上班调整为夜间上班，从高价峰段用电生产改为低价谷段用电生产等，这种享受国家激励政策，将为企业创造很大的经济效益和社会效益。

根据专家库模块可视化处理系统及负荷需量优化评价系统，对影响最大需量的P_1-1、P_2-1、P_2-2的终端用电设备采取负荷需量优化措施后，图5显示了P’_∑、P₁’、P₂’、P_1-1’ 、P_2-1’ 、P_2-2’降低最大需量的柱状效果图。由负荷需量数据进行“时比”，得出了总电源最大需量降低值为ΔP_∑=P_∑-P_∑’（KW），以及基本电费的下降值。

例如，若ΔP_∑=500KW，则企业每月的固定基本电费将减少500KW×40元/KW=20000元，一年为企业节省24万元基本电费，经济效益十分可观。

本发明旨在基于电能管理系统中的电能指标参数形成的图表波形信息，对电力负荷的三阶三元素进行跟踪分析，找到用电终端设备的负荷波动源，并采取相应的负荷调控技术与管理措施，提高负荷率，以达到均衡用电、有序用电、电力资源优化配置、降损节电和提高能源利用效率的目的。按GB/T3485-1998国家标准“评价企业合理用电技术导则”中3.5要求：调整企业用电设备的工作状态，合理分配与平衡负荷，是企业用电均衡化，提高企业负荷率。根据不同的用电情况，企业日负荷率不应低于以下指标：连续生产的企业95%，三班制生产的企业85%、二班制生产的企业60%、一班制生产的企业30%。

企业用电最大需量与时域的跟踪分析旨在基于电能管理系统中硬软件系统的电能指标参数形成的图表波形信息，对用电负荷的最大需量与时域跟踪分析，找到用电终端在某时段抬高最大需量的主要负荷设备单元，并采取相应的负荷优化调控措施，以降低最大需量、降低企业运行成本中的基本电费支出，从而提高企业生产利润和市场竞争能力，同时，降低了电力需求、优化了电力资源配置、提高了电网的整体经济运行效益。

特别需要指出的是，本发明具体实施方式与过程中，仅以该企业用电负荷波动三阶三元素跟踪分析和最大需量与时域分析系统作为示例，在实际应用中任何类型的企业用电负荷波动三阶三元素跟踪分析和最大需量与时域分析系统均适用于本发明揭示的原理。对于本领域的普通技术人员来说，本发明的指导下所作的针对本发明的等效变化，仍应包含在本发明权利要求所保护的范围中。