探討電力系統中節能技術的應用研究

趙佳悅 宋曉皎 梁啟煜 劉志剛

（山西能源學院能源與動力工程系 山西晉中 030600）

0 引言

在能源轉換過程中，必然會產生一定的能量損耗，因此，在能源利用的研究領域中，能源高效利用一直是主流發展趨勢，通過節能技術可以提高能源的利用率［1］。節能技術主要是通過分析能量的具體消耗情況，從中找出不必要的能耗，再運用先進的科學技術達到節約能源的目的。節能技術具有十分廣泛的應用范圍，包括：工業建筑、交通運輸以及家用電器等，并且均取得了良好的應用效果。在我國，節能技術在能源領域中的應用正在逐步普及，可以減少某些電能使用過程中不必要的能耗。但在實際應用過程中，基本都未考慮到節能前提下對電力設備的功率補償，導致其并未取得良好的應用效果。且在我國，針對電力系統中節能技術的發展應用的研究仍需進一步深化和拓展。為了更加良好地掌握節能技術的應用，本文將探討電力領域中節能技術的應用研究，致力于最大限度降低該領域的設備能耗。

1 節能技術在電力系統中的應用

1.1 判斷功率因數

在電力系統中，要想應用節能技術實現能源的節約，必須通過計算的方式確定系統中的功率因數，如果無功功率過小，則會造成設備容量增加，供電質量下降，甚至造成整個供電系統的不穩定和供電成本增加。設電力系統中的功率因數為φ，可得公式（1）：

式中：P 指的是電力系統中的有功功率，Var；Q 指的是電力系統中的無功功率，Var。

通過式（1）可以求出電能利用時的無功功率。并通過節能技術將靜態無功補償裝置應用在能源與動力工程中。通過無功補償，可以起到對無功損耗進行大大降低的作用。

1.2 平衡電力系統的電壓

基于節能技術的發展應用，為了降低供電系統的損耗，可以采用補償電容器。通過實時監控供電過程中產生的電壓、電流、電阻、無功損耗等電能信息的相關數據，利用計算分析的方式，從而平衡系統中的運行電壓［2］。以電容器的容量為基本參數，根據節能技術的具體應用方法，按照0.9 倍的靜態無功補償裝置空載平衡系統運行電壓。設此過程的功率計算表達式為N，具體如公式（2）：

式中：U 指的是電力系統運行時電容器的額定電壓，kV；I 指的是靜態無功補償裝置的空載電流，A。

通過公式（2）可以起到平衡系統運行電壓的作用，進而達到系統運行中的節能效果。在電力系統中增加一定的輔助設備，根據電容器實際作業過程中的控制難易程度進行判定，利用節能技術完成對系統運行電壓的監視和操作。

1.3 補償功率因數

在電力系統運行的過程中，不僅要平衡系統電壓，同時還要利用節能技術補償系統中的功率因數［3］。設應用節能技術投、切電容組的計算表達式為，則有公式（3）：

式中：m 指的電力系統中電源基波的角頻率；ω 指的是系統電源固有振蕩角頻率；h 指的是運行時的電流，A；e 指的是調控響應時間，s；a 指的是使用節能技術補償時的衰減系數。

利用節能技術可以補償功率因數，從而提高電力系統的節能效果。在此過程中，需要注意的是使用節能技術投、切電容組時，必然會對電力設備造成一定的干擾，加速絕緣介質的老化速度，導致設備損耗程度增加［4］。為保證電力輸送與使用過程中不損壞設備，運用節能技術時要選用交流—直流變頻的方式投、切電容組，控制投、切頻率，從而避免對設備產生的干擾。在應用節能技術的同時，還要額外增加1 臺靜態無功補償裝置，方便對電容組的及時切換，保證電流能夠源源不斷地運輸到電容組中［5］。此節能技術的優勢在于能夠保證在最短的時間內進行安全的投、切切換。當電力設備運行時，靜態無功補償裝置會第一時間啟動，快速進入到工作狀態當中，確保系統自動化節能。

1.4 降低電能消耗

通過應用節能技術，設置靜態無功補償裝置，能夠起到降低電能消耗的應用效果［6］。電力系統中的節能技術應用后節約的能耗可通過計算的方式加以體現，設其計算表達式為，則有公式（4）：

式中：I0和R 分別指的是變壓器的負荷電流和阻值。

通過公式（4）可知，系統中變壓器的負荷電流越小，節能技術的應用效果越好。因此，可以通過進行無功補償，降低變壓器的負荷電流。為了使系統能夠在節能的同時正常運行，必須精確測得變壓器的負荷電流，保證節能技術正常應用不受干擾。

2 實例分析

2.1 實驗準備

為了驗證本文設計的節能技術在電力系統中的應用效果，構建實例分析，實驗對象選取某電力系統。實驗硬件設施包括：型號為TYR3583589 的上位機。此次實驗環境設置的具體內容及參數，如表1 所示。

表1 實驗環境設置

結合表1 所示，本次實驗將系統運行中能源消耗量作為實驗測試指標，能源消耗量越低證明該節能技術的應用效果越好。首先，通過MODBUS 軟件測得其能源消耗量，設置為實驗組；再通過MODBUS 軟件測得未應用此節能技術的情況下，系統的能源消耗量，設置為對照組。在此次的實驗中，設置實驗次數為5 次，記錄實驗結果。

2.2 實驗結果與分析

收集5 組實驗數據，將能源消耗量繪制成折線圖，如圖1所示。

圖1 能源消耗量對比

通過圖1 可知，應用節能技術后的系統能源消耗量相比于對照組更低，能夠起到節能的應用效果，具有實際推廣價值。

3 結語

通過探討電力系統中節能技術的應用研究，能夠取得一定的研究成果，解決傳統供電過程中不必要能源消耗大的問題。由此可見，將節能技術應用在電力系統中是十分必要的，能夠在很大程度上促進可持續發展。截至目前，在探討電力系統節能技術的應用研究中仍然有不足之處，還需要進一步對節約電能的優化設計深入研究，為提高電能的高效利用提供專業性建議。