钢铁企业电力需量决策分析系统设计与开发
发布时间：2021-07-13 04:04
针对钢铁企业关口需量控制问题,提出了一种双闭环的反馈控制结构,并定义了计算实验、评估分析、控制策略执行、多源数据计算、管理与控制约束5个平行控制的主要环节。由计算实验、评估分析、控制策略执行、多源数据计算构成的外反馈环节,实现需量的计算和越限预警功能;由计算实验、评估分析、管理与控制约束构成的内反馈环节,结合各个关口的需量变化趋势和历史数据,对各个关口的需量越限值进行不断的优化计算;并基于数字孪生的五维模型进行了电力需量控制决策分析系统的设计与开发,实现降低峰值需量、消峰填谷、降低月度需量费用的作用。
【文章来源】：冶金自动化. 2020,44(05)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
决策分析的实现过程
根据数字孪生五维概念模型，结合钢铁企业能源系统信息化与监控的特点[8]，构建电力需量决策分析的五维数字孪生模型，如图1所示。在电力需量决策分析的数字孪生结构模型中，包含物理实体、虚拟模型、服务系统、孪生数据、连接驱动5种关键要素，它们各自的作用及相互关系可以描述为:(1)信息物理融合是基石。物理实体的智能感知与互联、虚拟模型的构建、孪生数据的融合、连接交互的实现、应用服务的生成等都离不开信息物理融合;在企业供配电中，物理实体是管控中心、集控站、变电站和工序高配车间，即企业的实际电力系统。(2)多维虚拟模型是引擎。多维虚拟模型是将物理实体通过自动化或信息化的手段，在数据驱动下将物理对象数字化、系统化和智能化，其是数字孪生应用的心脏，依托电网调度自动化系统将电网监控、电网模型、电度数据、负荷预测和发电计划等数据进行融合。(3)孪生数据是驱动。孪生数据是数字孪生最核心的要素，通过连接驱动与物理实体、虚拟模型、服务系统进行信息实时交互，通过知识化的手段对多种原始数据和规则进行处理分析，并将新的信息和指令发送给服务系统，推动各部分的运转。(4)动态实时交互连接是动脉。将物理实体、虚拟模型、服务系统连接为一个有机的整体，通过电网调度系统提供的数据总线，使信息与数据得以在各部分间交换传递，是数字孪生应用的血管。(5)服务应用是目的。服务将数字孪生应用进行服务化封装，并以应用软件、人机界面等方式提供给用户。即以电网调度系统为基础，进行需量监视与预警、需量决策分析的应用实践;同时，基于电力调度运行驾驶舱给予用户最直观的交互体验，是数字孪生应用的“五感”。钢铁企业的电网潮流是物理实体的载体:无论是多种能源的交互融合，还是多维虚拟模型的仿真计算，亦或是数据知识化分析处理，都是建立在对电网潮流趋势分析的基础上，同时潮流的变化带动各个部分的运转，是电力需量决策分析数字孪生应用的功能实现的关键所在。
管理与控制约束通过离线分析，为需量专职人员提供需量关口线路的考核设定值。具体实现步骤如图3所示:(1)获取电网断面，将其中的数据和设备模型状态映射到调度员潮流的实时数据库中，结合当时电网断面的实时需量和关口需量越限定值，生成电网管理控制断面;(2)对电网管理控制断面的需量关口进行网络分析，通过网络拓扑找到与该需量关口线路GLine(i)相连接的负荷线路，生成需量关口-负荷映射表，用集合MLoad(i)表示，其中GLine(i)和MLoad(i)是一对多的非共生关系;(3)通过灵敏度分析，建立GLine(i)和MLoad(i)之间的功率变化量与负荷线路功率变化量之间的功率灵敏度矩阵[12];(4)根据功率灵敏度矩阵中的系数，结合MLoad(i)中的负荷线路的可调上限和可调下限约束，对负荷线路的可调能力进行评估，以此判断需量越限定值是否满足系统的安全约束，从而对需量控制的调整能力进行评估;(5)当不能满足安全裕度评估时，采用摄动法对需量关口线路的需量越限定值进行调整，然后重新进行分析;(6)当满足安全裕度条件时，记录关口需量越限定值，并进行经济性评估，计算出调整后节省或增加的月度需量电费，上报给公司供电管理部门，便于制定生产计划;(7)将新的需量越限定值和经济性评估分析结果输出到文件，自动发送到需量专业人员审核。2.4 控制策略执行
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢铁企业能源系统调度运行优化导航技术研究[J]. 郝飞,陈恩军,沈军,姜彬,陈素君,梁涛,唐浩. 冶金自动化. 2020(01)
[2]数字孪生五维模型及十大领域应用[J]. 陶飞,刘蔚然,张萌,胡天亮,戚庆林,张贺,隋芳媛,王田,徐慧,黄祖广,马昕,张连超,程江峰,姚念奎,易旺民,朱恺真,张新生,孟凡军,金小辉,刘中兵,何立荣,程辉,周二专,李洋,吕倩,罗椅民. 计算机集成制造系统. 2019(01)
[3]冶金企业电网综合运行驾驶舱的设计与实现[J]. 郝飞,沈军,季炳伟,刘连凯,田冬明. 有色冶金设计与研究. 2018(03)
[4]钢铁企业电网控制问题分析及策略研究[J]. 郝飞,沈军,燕飞,陈根军. 冶金自动化. 2015(05)
[5]电力需量控制系统的研究及应用[J]. 郝飞,黄凯,仇孝国,姜彬. 冶金自动化. 2014(05)
[6]基于LS-SVM的钢铁企业电炉负荷预测[J]. 张庆新,崔展博,王路平,于汇洋. 计算机仿真. 2013(12)
[7]钢铁企业智能电力调度集成系统研究及应用[J]. 郝飞,高权,姜彬,陈根军. 冶金自动化. 2013(04)
[8]智能电网“源—网—荷”互动运行控制概念及研究框架[J]. 姚建国,杨胜春,王珂,杨争林,宋晓芳. 电力系统自动化. 2012(21)
本文编号：3281304
【文章来源】：冶金自动化. 2020,44(05)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
决策分析的实现过程
根据数字孪生五维概念模型，结合钢铁企业能源系统信息化与监控的特点[8]，构建电力需量决策分析的五维数字孪生模型，如图1所示。在电力需量决策分析的数字孪生结构模型中，包含物理实体、虚拟模型、服务系统、孪生数据、连接驱动5种关键要素，它们各自的作用及相互关系可以描述为:(1)信息物理融合是基石。物理实体的智能感知与互联、虚拟模型的构建、孪生数据的融合、连接交互的实现、应用服务的生成等都离不开信息物理融合;在企业供配电中，物理实体是管控中心、集控站、变电站和工序高配车间，即企业的实际电力系统。(2)多维虚拟模型是引擎。多维虚拟模型是将物理实体通过自动化或信息化的手段，在数据驱动下将物理对象数字化、系统化和智能化，其是数字孪生应用的心脏，依托电网调度自动化系统将电网监控、电网模型、电度数据、负荷预测和发电计划等数据进行融合。(3)孪生数据是驱动。孪生数据是数字孪生最核心的要素，通过连接驱动与物理实体、虚拟模型、服务系统进行信息实时交互，通过知识化的手段对多种原始数据和规则进行处理分析，并将新的信息和指令发送给服务系统，推动各部分的运转。(4)动态实时交互连接是动脉。将物理实体、虚拟模型、服务系统连接为一个有机的整体，通过电网调度系统提供的数据总线，使信息与数据得以在各部分间交换传递，是数字孪生应用的血管。(5)服务应用是目的。服务将数字孪生应用进行服务化封装，并以应用软件、人机界面等方式提供给用户。即以电网调度系统为基础，进行需量监视与预警、需量决策分析的应用实践;同时，基于电力调度运行驾驶舱给予用户最直观的交互体验，是数字孪生应用的“五感”。钢铁企业的电网潮流是物理实体的载体:无论是多种能源的交互融合，还是多维虚拟模型的仿真计算，亦或是数据知识化分析处理，都是建立在对电网潮流趋势分析的基础上，同时潮流的变化带动各个部分的运转，是电力需量决策分析数字孪生应用的功能实现的关键所在。
管理与控制约束通过离线分析，为需量专职人员提供需量关口线路的考核设定值。具体实现步骤如图3所示:(1)获取电网断面，将其中的数据和设备模型状态映射到调度员潮流的实时数据库中，结合当时电网断面的实时需量和关口需量越限定值，生成电网管理控制断面;(2)对电网管理控制断面的需量关口进行网络分析，通过网络拓扑找到与该需量关口线路GLine(i)相连接的负荷线路，生成需量关口-负荷映射表，用集合MLoad(i)表示，其中GLine(i)和MLoad(i)是一对多的非共生关系;(3)通过灵敏度分析，建立GLine(i)和MLoad(i)之间的功率变化量与负荷线路功率变化量之间的功率灵敏度矩阵[12];(4)根据功率灵敏度矩阵中的系数，结合MLoad(i)中的负荷线路的可调上限和可调下限约束，对负荷线路的可调能力进行评估，以此判断需量越限定值是否满足系统的安全约束，从而对需量控制的调整能力进行评估;(5)当不能满足安全裕度评估时，采用摄动法对需量关口线路的需量越限定值进行调整，然后重新进行分析;(6)当满足安全裕度条件时，记录关口需量越限定值，并进行经济性评估，计算出调整后节省或增加的月度需量电费，上报给公司供电管理部门，便于制定生产计划;(7)将新的需量越限定值和经济性评估分析结果输出到文件，自动发送到需量专业人员审核。2.4 控制策略执行
【参考文献】：
期刊论文
[1]钢铁企业能源系统调度运行优化导航技术研究[J]. 郝飞,陈恩军,沈军,姜彬,陈素君,梁涛,唐浩. 冶金自动化. 2020(01)
[2]数字孪生五维模型及十大领域应用[J]. 陶飞,刘蔚然,张萌,胡天亮,戚庆林,张贺,隋芳媛,王田,徐慧,黄祖广,马昕,张连超,程江峰,姚念奎,易旺民,朱恺真,张新生,孟凡军,金小辉,刘中兵,何立荣,程辉,周二专,李洋,吕倩,罗椅民. 计算机集成制造系统. 2019(01)
[3]冶金企业电网综合运行驾驶舱的设计与实现[J]. 郝飞,沈军,季炳伟,刘连凯,田冬明. 有色冶金设计与研究. 2018(03)
[4]钢铁企业电网控制问题分析及策略研究[J]. 郝飞,沈军,燕飞,陈根军. 冶金自动化. 2015(05)
[5]电力需量控制系统的研究及应用[J]. 郝飞,黄凯,仇孝国,姜彬. 冶金自动化. 2014(05)
[6]基于LS-SVM的钢铁企业电炉负荷预测[J]. 张庆新,崔展博,王路平,于汇洋. 计算机仿真. 2013(12)
[7]钢铁企业智能电力调度集成系统研究及应用[J]. 郝飞,高权,姜彬,陈根军. 冶金自动化. 2013(04)
[8]智能电网“源—网—荷”互动运行控制概念及研究框架[J]. 姚建国,杨胜春,王珂,杨争林,宋晓芳. 电力系统自动化. 2012(21)
本文编号：3281304
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