建筑機械設備電氣工程自動化的供配電節能控制

付習勇

（保利長大工程有限公司，廣東廣州 511400）

1 電氣自動化在供配電系統中的應用概述

（1）實現自動化集中控制。

電氣自動化技術具有監控系統的功能，可以提高系統的運行水平，合理構建集中監控系統可以高效采集信息并予以處理。常規集中監控系統在日常運行過程中，容易受外部因素干擾，在電纜線偏長時影響監控效果。可以引入電氣自動化技術，實現自動化監控，有效規避常規監控系統的局限。

（2）保證電纜正常使用。

電纜線的運行狀態直接影響供配電的整體安全性，電纜線設計中，通常適配特定的監控設備用于監管電纜線，判斷其實際運行情況，根據電纜線狀態采取控制措施。使用電氣自動化技術適配合適的電氣監控設備，可以提供可靠的監控功能。運用電氣自動化技術可以使管理人員了解供配電系統中電纜的運行情況，及時發現問題，快速解決問題，減小不良影響。

2 電氣工程自動化網絡的中央控制設備

中央控制設備實施一級控制器運行時，充分考慮以太網和ARCNET網，進行合理配置。中央控制設備是接收指令的關鍵裝置，根據實際情況發出特定的調度指令，實現對網絡子程序的精細化控制，保證程序的正常運行。在建筑行業，中央控制器的核心主要為微型計算機，該裝置可以執行豐富的功能，控制設備聯動性較好，能夠與下級供配電節能元件連接。突發停電故障時，中央控制設備可以及時調用后備電源，保持中央控制設備正常運行。

3 電氣工程自動化網絡的現場控制設備

現場控制設備用于智能化調試各子系統主機，完整存儲供配電節能數據。一級控制器存在故障時，啟用二級控制器，有效保證整個電氣工程自動化網絡的安全性。現場控制設備涵蓋ROM、CPU、隨機存取存儲器等組件，采取自動化運行方案后，各類控制設備元件可以保持緊密聯系，達到程序共享效果。必須為各控制設備適配獨立的備用電源，各自與中央控制設備聯系于一體，構建穩定可靠的供配電節能調試體系。

定義現場控制設備連接指令B：

式中：v0、vn——電氣工程自動化控制系數的最小值、最大值；n——電氣化權限量；X、x——一級、二級控制器供配電調節系數；H、h——一級、二級控制器節能控制需求指標；c——建筑機械設備電氣化執行權限；ΔM——單位時間內的電氣工程調試量。

4 供配電節能控制的實現策略

4.1 供配電平臺的構建

供配電平臺主要包括自動化主機、高低壓配電柜、直流屏、EPS等設備。

供配電平臺結構如圖1所示。

圖1 供配電平臺結構

在建筑信息通信線的聯動作用下，UPS設備與機械變壓器形成聯系，自動化調試下級供配電元件，直流屏可以全面呈現建筑信息數據。低壓配電柜主要分布在供配電平臺的頂層，能夠對接高壓配電柜，向其發送電量調試指令，低壓配電柜與EPS元件聯合應用，可以精細控制機械設備能耗量，達到節能降耗的效果。

芯片是自動化主機的重要組成部分，可供選擇的形式較多，STM32F103VBT6芯片在現階段應用較為廣泛，可以更改接線柱的控制位置，兼具靈活、穩定等特點[1]。

4.2 控制執行功能軟件

建筑機械設備電氣工程自動化網絡的調控能力較強，可以直接對供配電節能設備的末端節電進行調節，利用微處理器芯片準確調試I/O輸出信號。

在節能調控的過程中，供配電繼電器與接觸器兼容，兩者的連接穩定性得到保證。

為了提高實效性，需要合理適配控制執行功能軟件，自動化調試照明設備、分散式空調等設備；為了提高調控的可靠性，需要以建筑機械設備電氣工程自動化的需求為導向，做好軟件的編譯與調試。

4.3 節能管理上機位

適配易控的軟件操作平臺，在設計中，充分滿足控制執行功能軟件的連接需求，進一步建立組態軟件或適配具有高度互動性的人機交互界面，在機械設備與人員之間搭建溝通的橋梁。

在合理的配置方式下，節能管理上位機可以自動監控供配電信息，從建筑機械設備中采集具有參考價值的信息，生成圖形或其他信息表達形式，直觀呈現實際情況。在節能管理上位機節點作用下，可以實現建筑機械設備的實時監控，完整存儲產生的各項信息。

假定S0、Sn分別為建筑機械設備自動化調試系數的最小值、最大值，定義節能管理上位機連接條件W：

式中：φ——機械設備的供配電節能系數；β——耗能控制條件；l1、l2——建筑機械設備耗能量；B——現場控制設備連接指令。

5 自動化供配電節能控制策略的應用效果分析

取特定的建筑機械設備，劃分為試驗組與對照組，前者采用自動化供配電節能控制方法，后者采用傳統節能控制方法，分別判斷各自的電氣工程能耗量，進行對比分析[2]。

試驗分析中引入IPU指標，有效反映電氣工程的運行電耗成本。根據規律，隨著IPU數值增加，電耗成本有降低趨勢；若IPU減小，表明電耗成本有所提高。

試驗組與對照組的IPU指標數值如表1所示。

表1 試驗組與對照組的IPU指標數值 單位：%

由表1可知，隨著建筑物間距增加，試驗組IPU指標數值逐步增加，最大值為65.8%。對照組的IPU值具有階段性變化特征，先增加再趨于穩定，最后下降，最大值41.5%，比試驗組降低24.3%，兩者間存在明顯差距。結果表明，應用自動化供配電節能控制方法可以有效優化IPU指標，隨著建筑物間距的增加，該指標的數值有加大的變化趨勢，電氣工程的運行電耗成本得到有效控制，具有更突出的節能環保效益以及經濟效益[3]。

TSR指標也是試驗分析中的重點考慮對象，可以反映建筑物的用電能耗比。根據規律，隨著TSR的增加，建筑物用電能耗比水平升高；TSR減小，能耗比降低。

試驗組與對照組的TSR指標數值如表2所示。

表2 試驗組與對照組的TSR指標數值 單位：%

由表2可知，隨著建筑物間距增加，試驗組TSR指標具有階段性變化，先增加后趨于穩定，最大值為83.8%。對照組的TSR指標的變化復雜，上升和下降兩種變化交替出現，全過程最大值達65.8%，比試驗組低18.0%，存在較大差異。結果表明，應用自動化供配電節能控制措施后，隨建筑物間距的增加，TSR指標數值具有增加趨勢，建筑用電能耗比水平顯著提升，建筑機電工程的能耗得到有效控制，具有突出的節能環保效益。

6 結語

在建筑工程中，以電氣工程自動化原理為基本指導，對建筑機械設備的供配電節能控制方法進行優化，充分聯動中央控制元件和現場控制元件，構建一套成熟的供配電平臺。秉承功能適用性原則，適配控制執行功能軟件，由其調控節能管理上位機。應用供配電節能控制策略后，IPU指標數值與TSR指標數值均有增加的變化趨勢，建筑機械設備電氣工程的運行電耗成本相對較低，用電能耗比較高，符合節能環保、經濟高效的工程理念，可以提升建筑工程的社會效益和經濟效益。