電氣工程自動化與節能設計的應用研究

孫武魁

[摘? ? 要]要創造美好的生活，除了發展科技之外，還需要加強節能環保建設。同樣，在電氣工程自動化建設中，相關技術人員也需要加強節能環保的設計，為了落實電氣自動化中的節能減排方案，需要相關技術人員對節能減排設計有一定的了解，了解其對于電氣工程長遠發展的重要性，并能結合電力行業的特點，包括自動化技術的相應特點，制定科學有效的節能設計方案。本文就電氣工程自動化與節能設計的應用進行了研究。

[關鍵詞]電氣工程;自動化;節能設計;應用

[中圖分類號]TM76 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）07–00–02

Research on Electrical Engineering Automation and Energy-saving Design

Sun Wu-kui

[Abstract]The development of science and technology is for a better life. To maintain a better life nowadays， in addition to continuing to develop science and technology， it is also necessary to strengthen the construction of environmental protection. Similarly， in electrical engineering， relevant technical personnel also need to strengthen the construction of energy saving and environmental protection. In order to implement the energy saving and emission reduction plan of electrical automation construction， the relevant technical personnel need to have a certain understanding of energy saving and emission reduction design and understand its long-term impact on electrical engineering. The importance of development， and can combine the characteristics of the current industry， including the corresponding characteristics of automation technology， to formulate a scientific and effective energy-saving design plan. This article analyzes the application of electrical engineering automation and energy-saving design.

[Keywords]electrical engineering; automation; energy-saving design; application

隨著綠色環保理念的普及，政府也出臺了相關節能減排的一系列政策、文件，對各行各業提出了節能要求。相關數據表明，全球約1/6的資源消耗與電力行業直接相關，因此，針對電氣工程進行節能設計也越來越被重視。隨著電氣工程自動化技術的發展，其節能技術也受到了更多的關注。

1 電氣工程及其自動化概述

電氣工程是為國民經濟發展提供電力能源，其裝備具有戰略性的產業，是國家工業化和生產自動化的重要技術支撐。

電氣工程是現代科技領域的核心，電氣工程自動化已成為當前電力領域的重要驅動力，其涉及到的領域很多，包括電力電子技術，計算機，信息與網絡控制技術等。隨著我國可持續發展戰略的提出，也對電氣工程自動化節能減排設計進行了深入的研究。

2 節能設計在電氣工程自動化中的基礎原則

2.1 安全原則

在進行電氣工程自動化進行相關節能設計時，應該將安全放在首要位置。只有在保證安全的前提下，提升企業的綜合實力、節約能源消耗、提高生產效率等才有實際的意義，節能設計才能體現其真正的價值。如果在追求節能的同時，帶來了不必要的安全隱患，甚至對工作人員安全造成威脅，那就得不償失了。

所以在進行節能減排的設計時，將節能設計方案落實到電氣工程中，需要保證電氣設備能安全穩定的運行，同時更要保證人身安全，在設計階段就要規避安全風險。另外在電氣工程實際生產中要時刻貫徹“安全第一、預防為主”的方針，特別是要從管理上采取科學對策，構建安全管理體系。

2.2 環保原則

在設計時，應合理選擇環保型的材料，同時確保材料的安全性、可用性、經濟性和先進性，爭取使用更為節能環保的施工方法，減少對環境的污染。電氣設備的設計應符合國家節能減排的要求，提高能源和資源的利用率。從長遠角度出發，制定電氣工程的發展規劃，深入節能減排技術的研究，實現電力行業的可持續發展。

3 電氣工程自動化技術中節能設計的應用

3.1 減少傳輸過程中的電能損耗

當前電力能源都是高電壓、長距離輸送。根據相關公式推導，在輸送功率和線路電阻不變的情況下，線路的損耗與線路端電壓平方成反比，線路的損耗最后都轉變成熱能揮發了。因此，為了有效減少能耗，就要合理選擇線路電阻，即對電纜橫截面和長度進行適當調整。

3.2 變壓器的選擇

電氣工程中的重中之重是變壓器。變壓器的選擇要在節能的前提下參照用戶的需求進行設計和選擇。①可以選擇節能型變壓器，有效減少在變壓器使用過程中出現功率的不必要消耗。②可以對電力網進行升壓改造、簡化電壓等級，如將110 kV引入負荷中心，直接降壓為10 kV配電，取消35 kV電壓等級，可以降低線損。③還可以科學地對變壓器的容量和數量進行設計。因為不同電力工程中實際運行的電量不同，對變壓器容量要求也不同，如果變壓器容量不能滿足電力系統的實際需求，變壓器的壽命將會縮短，同時使用質量也不高。如果容量過大又會造成資源的浪費，所以要根據電力系統的實際需求，合理地選擇變壓器容量。

3.3 無功功率補償

無功補償在電氣工程自動化中的應用較為廣泛，目前也是減少電能損耗的有效方式。無功補償可以提升電網發供電能力，有效提高電能的質量，降低損耗。其工作原理是將容性負荷裝置和感性負荷裝置在同一組電路中并聯，則可實現兩種負荷之間的能量交換。在這種情況下，感性負荷運轉需要的無功功率就可以通過容性負荷輸出的無功功率實現補償。在這一過程中，就是將原本通過電網或者變壓器產生的無功功率，改變為通過交流電力電容器提供。

對于電氣設備電路而言，能量轉換一般可借助兩種容性功率轉換得以實現。若并聯容性負荷輸出的是無功功率，那么可有效補償感性負荷。通常情況下，電力系統內的設備會安裝無功補償設備，實現能耗降低和提升輸出功率的目標。目前無功補償最典型的是同步調相機、有源濾波器APF、SVC和SVG。

（1）同步調相機在早期應用較為廣泛，除了可以對固定的無功功率進行補償，還可以對變化的無功功率進行動態補償。雖然直到現在此裝置仍被使用，但是其損耗較大，噪音較大，并且反應速度較慢，結構較為復雜，維護起來不是很方便，所以此裝置還有一定的改善空間。同步調相機如圖1所示。

（2）APF的基本工作原理是通過控制PWM變流器，從變流器中產生一個和當前諧波分量和無功分量對應的反向分量并實時注入電力系統。相比無源濾波器，有源濾波器最主要的兩個優勢：①它的濾波特性不受系統阻抗的影響，可消除與系統阻抗發生諧振的危險。②它具有自適應功能，可自動跟蹤補償變化著的諧波。現在關于此設備的主要難點是元件的過電壓以及設備的發熱處理問題。

（3）SVC無功補償裝置是現在應用比較廣泛的裝置，但由于其自身損耗大，諧波較多，所以對其技術上的研究仍在繼續。若是能對其使用先進的智能控制方法，就可以得到較好的補償性能，目前業內人士對此話題的關注度極高。

（4）關于SVG無功補償裝置的應用研究越來越廣泛，受到業內的關注度逐漸增高。其運用PWM技術，使其本身所產生的諧波含量較低，并且SVG響應快，無功調節能力強，對于改善電網的電能質量，提高電能效率有極大的幫助。SVG無功補償裝置如圖2所示。

隨著科技的不斷發展，越來越多電力電子器件不斷改進，例如GTO、晶閘管、IGBT、IGCT等，關于無功補償技術的應用將會越來越成熟，無功補償技術也會愈加先進。將無功補償技術應用于電氣工程及其自動化中能夠全面提升電力供應系統運行效率，降低電力能源損耗程度。為此，進一步加強對于無功補償技術的研究，并且對電氣工程自動化技術與管理模式進行完善，有利于凸顯無功補償的節能價值。

4 結語

綜上所述，現如今節能減排已經成為了全社會關注的焦點，是未來發展的重要方向。電氣工程及其自動化技術層面的節能設計也是社會關注的重點對象，符合我國國情，也符合現在社會經濟發展所堅持的可持續發展戰略的基本理念和要求。通過對電氣工程及其自動化的節能設計，有助于在保證電力系統安全穩定運行的基礎上，降低資源與能源的消耗，推動電力行業的繁榮發展。

參考文獻

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