淺談電氣節能管理系統的方案設計

徐 斯

（湖南機電職業技術學院，湖南 長沙 410151）

在我國經濟不斷發展的情況下，使得企業的生產規模持續擴大，并加劇了市場的競爭，在這種情況下，怎樣減少維護配電網的費用并降低運行期間產生的損耗得到了企業廣泛的重視。從相關統計結果可知，現階段，我國每年在變壓器、并聯電容器以及斷路器上消耗的電量超過了1500 億kwh，此消耗量基本與電力系統總的發電量持平。所以對于用電需求量大且需要高質量電能的企業來說，當前急需解決的問題就是如何減少配電設備的電能損耗。

圖1 電氣節能管理系統方案設計

1 電氣節能管理系統的構成

在電氣節能管理系統中，主要包括三部分子系統，即無功優化系統、檢修計劃系統以及變壓器經濟運行系統，圖1所顯示的就是該系統的具體方案。同時該系統主要采取的模式為集中優化、分散控制，其性能指標與特征主要有以下幾點：

1.1 壓器經濟運行子系統

（1）為了對變壓器的投切次數進行預計，筆者將短期負荷預測引入了其中。對于變壓器經濟運行來說，它屬于一個涵蓋諸多階段的決策性問題，假如其運行僅僅依靠負荷波動變化來實現，往往會導致個別變壓器出現頻繁投切的情況，致使變壓器內各側斷路器的使用壽命減少，進而使得企業在設備上的投資不斷增加，從而影響到節能目標的實現。所以通過將短期負荷預測引入其中，借助每日預測繪制的負荷曲線，對變壓器的投切次數進行預計，能夠準確的判斷出其投切次數是否在限定的范圍之內，進而有效的解決上述問題。

（2）借助動態規劃法對變壓器經濟運行的模式與投切時機進行選取。假如在短期負荷預測之后，發現變壓器的投切次數在限定范圍之內，那么就需要選擇符合當前負荷波動變化規律的經濟運行方式；假如投切次數在限定范圍之外，那么就需要借助動態規劃法對變壓器經濟運行的方式進行選取，并以此來判斷變壓器投切的最佳時機。

1.2 無功優化子系統

（1）使配電網全局實現無功優化。作為一個復雜的非線性問題，配電網無功優化的處理方法有很多，但是對于傳統的優化算法來說，并沒有對配電網固有的屬性進行全面考慮，進而降低了計算的效率及精度。通過為配電網特性所設計的改進遺傳算法，能使全局搜索的效率及能力得到提升。

（2）對計算期間影響電網安全運行的約束條件進行優化，在計算目標函數時引入無功補償裝置的損耗以及年度運行的維護費用，這樣不僅能夠避免為了減少電網的有功損耗而不斷調整電網的運行狀態，使系統更加安全穩定，同時也能夠延長設備的使用壽命。

（3）對運行模式進行靈活的設置。可以將系統設置成以下三種模式：①開環建議模式；②開環不建議模式；③閉環模式。第一種模式指的是，系統在將優化控制的建議命令發出之后，監控人員根據此命令執行相應的人工控制；第二種模式指的是，系統不將優化控制的建議命令發出；第三種模式指的是，系統直接將優化控制設備的命令發出，不必對人工執行命令的過程進行干預。對于所有的控制設備來說，基本都具有運行狀態、檢修狀態、故障狀態、熱備用狀態四種狀態。如果運行狀態下的控制設備想要切實的參與到優化過程中，那么必須要設置成開環建議模式或者閉環模式。

1.3 檢修計劃子系統

通過對檢修計劃的制定，不僅能夠防止重要設備發生故障，而且還可以減少檢修期間多余的環節，進而使配電網更加經濟可靠。作為一個包含多個目標與多個約束條件的非線性規劃問題，檢修計劃的優化方案可以通過改進遺傳算法對檢修計劃模型進行求解來制定。

2 變壓器經濟運行子系統

針對長時間處于運行狀態的變壓器，需要同時對它的經濟性與安全性進行考慮，使變壓器經濟運行方案能夠動態的對變壓器的負荷狀況進行檢測，并且利用理論計算與分析，為變壓器組合出最合適的運行方式，進而實現節能降耗。變壓器經濟運行主要指的是，基于變壓器實現了安全運行并輸出了相同電量，借助當前設備以及固有的資金，為變壓器擇優選取最適合的運行方式，并調整其負載形式等，進而使變壓器的電能損耗量達到最低，并有效提升功率因數。從相關統計數據可以看出，當前我國電網變壓器的總損耗量在發電量中所占的比重達到了2%～3%，而且配電變壓器的電能損耗更大，在額定容量中所占比重達3%～4%。現階段，對于那些損耗不高的變壓器來說，其最高效率基本能夠保持在99%以上，而且許多小型變壓器的效率同樣超過了97%。所以通過對變壓器經濟運行水平的優化提升，能夠有效的使變壓器的損耗減少，進而實現配電網的節能降耗。

3 配電網全局無功優化管理子系統

對于配電網的無功優化而言，它是基于當前的綜合自動化，并在確保配電網實現了安全可靠的運行之后，按照相應的負荷水平，對配電網內現有的無功補償設備進行控制，并對其中的無功功率進行合理調整，進而使配電網各節點的電壓能夠達到相應的安全約束標準，并降低配電網的有功損耗，減少在補償設備方面所耗費的資金。相對而言，配電網的發電機數量不多，因此其無功出力與機端電壓的調整基本不會影響到系統的正常運行，但由于配電網整體規模比較大，大部分負荷與網絡原件均需要對無功功率進行消耗，假如這部分無功功率都由遠端的發電機傳輸，勢必會導致電網的損耗加大，因此這種方式不夠科學合理。所以為了避免這種情況，可以將無功補償裝置安裝到無功功率消耗比較大的位置上，讓補償裝置將相應的無功功率輸送到負荷當中，這也就是我們所說的無功補償。

基于配電網當前的調度自動化，通過控制調節無功補償裝置的補償容量與有載變壓器分接頭的位置，借助遠程控制與就地操作相結合的方式，確保同一種控制方式能夠在同一時刻達到既定的效果。對于各局部優化子系統而言，在對局部最優控制策略進行求解時，需要將所在區域電網的最優控制當作決策目標，在調度中心運行全局無功優化管理，并按照規定的間隔時間或者負荷變化狀況，對全局優化觸發并執行一次，同時優化管理配電網運行期間發生的電壓與功率因數，以此來制定優化決策以及相應的控制命令，確保電網各節點的電壓能夠達標，并與超短期負荷預測的結果相結合，實行動態控制或制定相應的調整策略，優化控制全網的無功配置，使全網無功潮流的流向達到最佳，進而降低無功補償的用量，并盡量減少有載變壓器分接檔位的運行次數。已經完成調度自動化的變電站需要采取先開環后閉環的運行方式，以此來緩解調度所值班人員的工作壓力。

4 配電網檢修計劃管理子系統

制定檢修計劃時，需要以檢修周期為依據，并與設備當前的運行狀態相結合來進行。在社會生產力不斷發展、科技不斷進步的情況下，設備的檢修方式也會出現相應的變化。在第一次產業革命時，檢修方式主要是故障檢修；而到了第二次產業革命時，檢修方式已經演變成了預防性檢修。對于故障檢修而言，其判斷依據是設備發生的功能性故障，當設備出現此類故障并影響到正常運行的情況下，不得不進行檢修，此類檢修主要是為了對故障進行消除。但是該檢修方式不僅需要花費高昂的維護費用，同時還會給設備以及工作人員的安全帶來巨大的威脅；對于預防性檢修而言，其判斷依據是設備當前的工作情況，通過檢測設備的工作狀態，對其健康狀況進行診斷，進而判斷設備需不需要檢修或者檢修的最佳時機。此檢修方式主要是為了延長設備的運行時間，使設備的可靠性與可用系數得到提升，減少檢修成本，提高設備的運行水平，并使經濟效益不斷增加。

檢修計劃管理指的是，基于設備當前的運行狀態、存在的不足以及用戶對于電量的需求，提前計劃檢修設備時停電的時長。根據不同的檢修時間，檢修計劃可以被劃分成日計劃、周計劃等。對于日計劃與周計劃來說，由于其檢修時間短，且存在諸多的不確定性，所以不適用于優化安排，而由于月檢修計劃的周期相對比較長，因此可以進行優化安排，同時還可以在此基礎上進行人工計劃。供電系統調度部門在安排本轄區內設備的檢修時間時，需要以上級調度部門當月制定的檢修計劃、負荷預測結果以及各個下屬供電部門提交的檢修計劃與年檢修計劃在當月的執行情況為依據，并使其變為檢修月計劃。對于檢修計劃管理子系統而言，它主要具有兩大作用。

4.1 提升配電網運行的可靠性

由于電力工業可同時生產與消費電能，而電力設備的檢修往往能夠決定電力系統的運行是否可靠。制定檢修計劃的主要目的在于使設備始終處于正常的工作環境中。在計劃的指導下進行檢修，可以及時的將內部安全隱患找出來，避免該問題不斷擴大，進而使得設備發生故障的間隔時間得到延長。如此一來，可以及時發現并解決設備故障，避免出現由于臨時檢修設備故障而導致停電的情況發生，進而使電力系統的運行更加安全可靠。

4.2 減少檢修停電電量，增強企業的生產能力

通過檢修計劃，能夠給電力企業帶來以下兩個影響：一是為了確保供電的可靠性，供電部門往往需要投入大量的檢修資金；二是一旦發生停電，往往會給用戶帶來巨大的損失。檢修計劃的實行，不僅能夠使停電管理得到統一，同時還可以優化與合并各專業停電計劃，也就是說，通過檢修計劃，能夠更好的檢修、改造以及解決輸電、配電與變電期間存在的隱患，促進綜合檢修的順利進行，盡可能地減少重復停電的情況。同時基于“應修必修，修必修好”的檢修工作原則，能夠使故障停電得到更好的控制，防止出現臨時檢修的情況，進而使經濟損失降到最低。

5 結 語

本文以企業電氣綜合節能為主要研究內容，通過優化配置無功功率、對設備的檢修計劃進行合理安排并利用變壓器的經濟運行，不僅實現了節能降耗，同時使產品的成本得到了降低，并使得企業的競爭實力得到了增強。