防止停電和降低電價

不受管理的電加熱系統(tǒng)的電力需求高峰會增加停電的風險。了解如何在EPower Advanced SCR功率控制器中使用預測性負載管理策略，通過“負載共享”和“甩負荷”技術(shù)幫助最小化峰值功率需求。

玻璃廠可能有許多高功率電氣設備需要主電源供電的情況。最大的罪魁禍首是電加熱系統(tǒng)，如電爐電增壓、錫浴爐頂加熱和退火窯。如果不受管理，這些系統(tǒng)的電源可以由它們的控制設備隨機打開。

當多個加熱區(qū)同時接通多個電源時，電源可能會出現(xiàn)巨大的峰值。這不僅會影響能源成本，而且在最壞的情況下，它可能會超過主電源或應急電源的最大容量，導致電力中斷。

由于玻璃廠需要全天候運轉(zhuǎn)，因此電源中斷是非常不可取的。斷電可阻止溫度、工藝和排放控制系統(tǒng)工作，這對企業(yè)造成極大的損失，包括生產(chǎn)損失、廢品、環(huán)境排放罰款以及與溫度有關(guān)的爐子和其他昂貴設備損壞。

由于高溫過程，需要制定適當?shù)膽背绦?，以在不受控制的大修期間保持安全，同時使系統(tǒng)恢復在線。通常情況下，電加熱系統(tǒng)配備了應急備用發(fā)電機（發(fā)電機組），但這些設備對電源的諧波失真非常敏感，并且由于非受控電力需求的不穩(wěn)定瞬時峰值而容易跳閘。在工藝改進、產(chǎn)品升級或生產(chǎn)能力增加的情況下，峰值需求尤其會成為一個問題，任何額外的負荷都可能超過單個變壓器或主電源的設計電力容量。

頻繁發(fā)生的不受控制的峰值功率需求會在系統(tǒng)的大電流部件（如母線和變壓器）中引起機械應力波動，從而導致使用壽命縮短或維護成本增加。從系統(tǒng)效率的角度來看，功率損耗與系統(tǒng)所需的電流密切相關(guān)。在功率損耗計算中，電流總是平方的。在這方面，在穩(wěn)定的較低電流下應用特定量的功率比在波動電流下運行相同量的功率更有效。

在一些地區(qū)，對電力供應的峰值電力需求也會影響到電力供應商計算商定電價和電費時所采取的措施。公用事業(yè)公司需要確保他們有足夠的能力為客戶提供可靠的電力，即使是在電力需求高峰時期。為了計劃并考慮到這一點，對用戶的峰值需求進行評估，并對賬單收取額外費用。

根據(jù)地區(qū)不同，這種“按需收費”的計算方式也不同。峰值需求讀數(shù)可應用于整個計費期間的需求費用，這不可避免地導致能源成本高于必要成本。商定的電價通常也會考慮到隨機峰值需求，這也會不必要地增加總體電力成本。

即將出臺的地區(qū)環(huán)境和能源效率目標正在推動玻璃制造商減少能源使用和二氧化碳排放。由于化石燃料燃燒爐被認為已經(jīng)達到了其在未來大幅提高效率方面的極限，未來的道路預計將包括向以電為主和全電加熱爐相結(jié)合的方向發(fā)展。由于一個典型的化石燃料燃燒爐的生命周期為15-20年，玻璃廠離實現(xiàn)當?shù)卣哪繕耍ㄆ渲性S多目標是2050年）而向更高效的技術(shù)發(fā)展只有一到兩座爐的距離。作為這一轉(zhuǎn)變的一部分，需要引入高效率的電力供應方法。

預測負荷管理

Eurotherm與全球玻璃制造商合作開發(fā)解決方案。被稱為預測負荷管理，這一先進的專利控制功能可在Eurotherm EPower SCR控制器（右圖），解決了峰值需求和過載。首先，通過負載“共享”，管理跨多個負載的需求，以降低功率峰值。這有效地“平滑”了配電上的平均功率需求，同時重要的是保持了每個分區(qū)所需的功率。其次，通過甩負荷，優(yōu)化和限制系統(tǒng)的最大允許峰值功率需求。與EPower Advanced SCR控制器提供的零交叉燒成（也稱為突發(fā)或全周期燒成）方法結(jié)合使用，這些“負載共享”和“甩負荷”功能使玻璃廠能夠有效地管理峰值功率，以保持在其電源容量或能源價格的限值內(nèi)。

EPower控制器電源管理系統(tǒng)基于一個控制模塊，該模塊可以在“類似PLC”的設計布局中控制多達四個晶閘管電源組。在現(xiàn)場，多達64個加熱區(qū)可以使用can總線網(wǎng)絡同步在一起，與可選的現(xiàn)場總線（如以太網(wǎng)或PROFIBUS）分開。加熱區(qū)可以監(jiān)控，例如，在一個熔爐上，在幾個熔爐上，甚至在整個工廠范圍內(nèi)，以實現(xiàn)對主供電網(wǎng)絡最有效的結(jié)果。預測負荷管理功能考慮了分區(qū)之間的差異，并考慮了10kW分區(qū)在分配電力時與100kW分區(qū)的影響不同的事實。適用范圍從玻璃折彎線、鋼化爐和高壓滅菌器，到完整的浮法玻璃浴、退火窯和復雜的多區(qū)域爐增壓裝置。

為什么是零交叉射擊？

雖然晶閘管控制器傳統(tǒng)上采用相角觸發(fā)方式，因為它提供平滑的功率控制，但它也會導致高次諧波失真和低功率因數(shù)（通常<85%），這對功率效率有負面影響。眾所周知，過零觸發(fā)方法會引入閃爍效應，從而增加隨機峰值功率消耗，但它提供了更干凈的功率波形，具有最小的諧波噪聲，以及高功率因數(shù)（通常>95%）。

許多公用事業(yè)公司在功率因數(shù)低于95%時收取附加費。到年底，根據(jù)安裝規(guī)模的不同，這可能會轉(zhuǎn)化成數(shù)千甚至上萬美元。由于可以通過預測負載管理來管理隨機峰值功耗，因此在這種情況下，零交叉觸發(fā)被認為是一種優(yōu)越的控制方法。相當好的電力效率有助于減少電費和二氧化碳排放。

負載共享策略

Eurotherm負載共享策略在預測性負載管理功能中發(fā)揮著重要作用，通過管理多個EPower SCR在零交叉模式下的啟動，以維持穩(wěn)定的總體電力需求。該策略將功率分配給不同的負載，以獲得平衡的總功率消耗，從而最小化瞬態(tài)功率峰值。

由EPower SCR控制器控制的每個加熱區(qū)由輸出功率、循環(huán)時間和最大功率（最大容量）定義，可以用矩形表示（見圖1和圖2）。如圖1所示，電力負荷管理不會讓這些矩形在給定的時間范圍內(nèi)隨機堆積以產(chǎn)生峰值，而是將它們均勻分布，如圖2所示，從而確保在任何給定時刻，總體電力需求盡可能平穩(wěn)。

重要的是要明白，輸出功率不是改變，而是平衡和轉(zhuǎn)移，以平衡的需求。通過智能負荷分擔，基本消除了閃變效應和由此產(chǎn)生的隨機峰值問題，降低了整體用電量。

減載策略

Eurotherm減載功能設計用于電力需求可能超過供熱系統(tǒng)設備或主電源容量的系統(tǒng)。僅當需求超過預設的最大容量時，該功能才可設置為限制和轉(zhuǎn)換功率。管理電力需求，使其保持在設定限值以下，有助于防止本地和全廠斷路器不必要的跳閘，并降低昂貴設備損壞的風險。

在電力成本較高的地區(qū)，還可以利用減載功能將電力需求限制在設定的電價閾值之下。例如，如果總裝機功率為2.5MW，但用戶希望將輸送的功率限制在2MW的電價范圍內(nèi)，則甩負荷將使整個網(wǎng)絡的功率降低，以將總需求保持在該限制之下。也可以通過現(xiàn)場總線通信（PROFIBUS、DeviceNet和以太網(wǎng)）進行調(diào)整，以便根據(jù)高峰時段的附加費進行調(diào)整。

通過動態(tài)調(diào)整安裝的最大閾值，玻璃廠可以控制最大的電力需求費用，這可以帶來可觀的節(jié)省。在一些地區(qū)，根據(jù)合同的不同，在接下來的11個月內(nèi)，對賬單征收附加費。因此，一旦超過最大需求量，將被處以長達12個月的罰款。監(jiān)測和控制需求可以大大降低能源成本。預測性負載管理功能允許設置用戶定義的優(yōu)先級，允許根據(jù)需要切換電源。

結(jié)論

由于玻璃行業(yè)在向更節(jié)能的未來過渡的過程中預計將增加使用電加熱技術(shù)，因此需要考慮最佳實踐控制方法，以提高成本效益，同時減少對環(huán)境的影響。在EPower SCR控制器中使用智能預測負載管理策略有助于玻璃廠將電力需求保持在其主電源的限制范圍內(nèi)。在現(xiàn)有裝置中，這樣可以增加額外的電加熱設備，而不會有未來斷電的風險。電價限制也可以得到滿足，減少額外成本和罰款的風險，電價可以重新談判以獲得更好的交易。

使用帶有零交叉點火的EPower控制器以及預測性負載管理所帶來的提高功率因數(shù)的好處也有助于提高系統(tǒng)功率效率，減少能源消耗和二氧化碳排放。Eurotherm glass團隊可以根據(jù)預期的投資回報，提前計算出節(jié)能量，以幫助證明轉(zhuǎn)向更高效技術(shù)的合理性。