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概述

近一段時間以來，能源供給和節能是一個熱門話題。除了煤價上漲與經濟轉型，加速淘汰落后產能和促進產業結構升級之外，能耗雙控這個詞也頻繁出現，即進一步完善能耗雙控制度，完成預定的降低能耗強度的目標任務。因此總用電量占比超過60%的工業用電用戶首當其沖會面對如何實現能耗雙控的問題。如何規避用電高峰，優化能源供給，就成為工廠級能源管理系統的當務之急。

當下，各地各行業的工業電費計算公式不盡相同。但是在工廠能源消費的組成中，需量電費始終是個不容忽視的部分（如下圖所示）。本文會在介紹需量電費概念的基礎上，為大家帶來西門子的能源管理應對之道。

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需量電費

什么是需量電費呢？

需量電費就是一個計費周期（例如一年）內的某一時段（例如15分鐘）的平均功率與供電公司合約價格的乘積。如下圖所示：

也就是說，即使全時段平穩，但稍有不慎的一個負載高峰就會導致需量電費飆升。如何避免上述問題，成為一個棘手的事情。

在保證生產正常運行的前提下，企業可以從兩個方面應對：

? 通過避免負載峰值和平衡功率分配降低需量電費，即削峰填谷

? 增加自動調節系統，及時響應系統對生產過程的反饋，即智能投切設備

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西門子提供的應對之道

西門子能源管理系統的應對方案是采用 Energy Suite 的 Load Management（負載管理）功能：

? 基于 PLC 的解決方案，直接集成到 SCADA 監控管理系統

? 使用綜合預測算法規避負載峰值

? 電機獨立啟動/停止，負載分配平穩

? 模塊化的功能塊設計理念保障用戶投資，基于 EnO（能源對象）和 Actor（執行器）的對象配置，通過增加執行器的數量，輕松擴展系統

? 快速集成到現有的可視化監控系統，支持所有相關能源對象和執行器數據

? 歸檔每一個投切動作和限制偏差

在 Energy Suite 中，將現場可提供能耗或功率值的設備分為以下三種能源對象：

?  ↓表示投入時占用能耗空間

?  ↓↑表示投入時占用能耗空間，切斷時釋放能耗空間

?  ↑↓表示投入時釋放能耗空間，切斷時占用能耗空間

?  生產設備不參與負載管理的投切，即始終處于打開投入的狀態

?  消費者以消耗/禁用能源的方式參與負載管理的投切，根據預測結果打開或關閉，即常規時投入，必要時切斷

?  生產者與消費者功能相反，以提供/斷供能源的方式參與負載管理的投切，根據預測結果打開或關閉，即常規時關閉，必要時投入

注意：生產者不是必需的能源對象

負載管理模塊通過三種能源對象的實時能耗或功率值，基于預設的警戒值分析、計算和預測負載的運行趨勢。當預測結果高于警戒值時，關閉切斷消費者并打開投入生產者；當預測結果低于警戒值時，打開投入消費者并關閉切斷生產者。

以上圖為例（消費者和生產者統稱為執行器），現場的消費者包括暖氣、壓縮機和風機。根據與生產流程的相關性設置優先級（相關性越強，優先級越高，投切頻率越低；相關性越弱，優先級越低，投切頻率越高）。生產者為發電機。在正常生產的狀態下：

1. t1~周期開始，開啟暖氣，提高負載；

2. t1~t2，根據t1點的預測，在周期結束時，功率消耗未超過限制值，開啟壓縮機和風機（根據消費者優先級順序），繼續提高負載；

3. t2~t3，根據t2點的預測，在周期結束時，功率消耗將超過限制值，根據優先級順序，開啟發電機（生產者發揮提供能源的作用），降低負載；

4. t3~t4，根據t3點的預測，在周期結束時，功率消耗仍將超過限制值，根據優先級順序，關閉暖氣和壓縮機，繼續降低負載；

5. t4~周期結束，根據t4點的預測，在周期結束時，功率消耗未超過限制值，根據優先級順序，開啟壓縮機，提高負載；

在整個周期內，根據正常生產的耗能變化，系統動態地投切相關設備，Zui終實現削峰填谷，平衡和優化負載管理。

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總結

從 Energy Suite V16 起，除了采集、計算、可視化和歸檔等傳統的功能之外，負載管理功能的推出，極大豐富了 PLC 和 SCADA 層級的能源管理內容。

其負載管理的優勢體現在：

· 自動生成程序，節省調試時間

通過 TIA 博途中的用戶界面組態，自動生成程序，然后在可視化中調用相關模板完成配置，提高了工作效率

? 看得見的投資回報率

通過應用負載管理的前后對比，預測采購花費和節約成本的比值(ROI)

· 面向未來的擴展

在未來進行項目擴展時，可以在項目中創建新的執行器，然后重新生成程序，無需手動調整項目結構和修改程序代碼

· 快速響應需量電價的波動

如果需量電價波動，將影響原先設置的功率限制值，而功率限制值可以在運行時修改，算法模型不會改變

· 預置可視化

包含在 WinCC Professional 中的可視化畫面模板，提供系統中所有能源對象和執行器以及配置的相關信息