電氣工程及其自動化供配電系統(tǒng)節(jié)能控制分析

姬晨明

（國網(wǎng)山東省電力公司煙臺供電公司，山東 煙臺 264000）

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 供電系統(tǒng)

1.1.1 電源接入

電源接入是指通過某種方式將電源與供電系統(tǒng)相連接，實現(xiàn)電力供應。電源接入方法多種多樣，包括直接接入、間接接入、并聯(lián)接入等。直接接入是指電源直接與供電系統(tǒng)相連接；間接接入是指電源通過其他設備或裝置與供電系統(tǒng)相連接；并聯(lián)接入是指將多個電源并聯(lián)連接后與供電系統(tǒng)相連接，以達到增加供電能力或?qū)崿F(xiàn)備用供電的目的。電源接入的選擇需要根據(jù)具體的需求和情況來確定。直接接入適用于電源和供電系統(tǒng)之間的電壓與頻率完全一致，并且電力需求較小的情況；間接接入適用于電源和供電系統(tǒng)之間的電壓與頻率有差異，需要進行變壓或頻率變換的情況；并聯(lián)接入適用于需求電力較大或需要備用供電的情況。

1.1.2 變電站

變電站是電力系統(tǒng)的重要組成部分，將電能從高壓輸電線路轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合配電的低壓電能，并實現(xiàn)電力的變壓、變頻、切換、保護等。在電氣工程及其自動化供配電系統(tǒng)中，變電站一般由變壓器、斷路器、繼電器、隔離開關以及相應的控制設備等組成。通過這些設備的協(xié)調(diào)和調(diào)度，變電站既能進行電能的轉(zhuǎn)換，也能實現(xiàn)對供配電系統(tǒng)的合理調(diào)控。

1.1.3 配電網(wǎng)絡

配電網(wǎng)絡是電氣工程及其自動化供配電系統(tǒng)的重要組成部分。通過將輸電電能轉(zhuǎn)換為適合用戶使用的低壓電能，并將其分配到各個不同的用戶，起到電能供應的作用。在配電網(wǎng)絡中，各種設備和元件如變壓器、開關、保護裝置等被用于控制和保護電能的傳輸與分配。

1.2 自動化控制系統(tǒng)

1.2.1 監(jiān)控與管理

監(jiān)控與管理是電氣工程及其自動化供配電系統(tǒng)的重要一環(huán)。在供配電系統(tǒng)中，監(jiān)控與管理起著關鍵的作用，可以實時監(jiān)測電力設備的運行情況，及時發(fā)現(xiàn)潛在的故障和問題，并采取相應的措施進行處理。通過合理的監(jiān)控和管理，可以提高電氣系統(tǒng)的運行效率，減少能源的浪費，實現(xiàn)節(jié)能控制的目標。監(jiān)控與管理還可以提供各種運行數(shù)據(jù)和統(tǒng)計報表，為決策者提供參考，幫助其制定合理的運維和管理決策。

在監(jiān)控與管理方面，電氣工程及其自動化供配電系統(tǒng)可以借助各種先進的技術(shù)和工具來實現(xiàn)。其中，一種常見的方式是使用遠程監(jiān)控系統(tǒng)。通過遠程監(jiān)控系統(tǒng)，可以實時監(jiān)測供配電系統(tǒng)的運行狀態(tài)，隨時獲取電力設備的工作參數(shù)與運行數(shù)據(jù)。這樣在出現(xiàn)故障或異常情況時，可以及時發(fā)現(xiàn)并采取措施進行處理，避免進一步的損失和事故發(fā)生。此外，遠程監(jiān)控系統(tǒng)還可以進行數(shù)據(jù)分析和算法優(yōu)化，提供更加精確的電力設備運行預測和故障診斷。通過對供配電系統(tǒng)的監(jiān)控與管理，可以減少不必要的能源消耗，提高系統(tǒng)的運行效率和穩(wěn)定性。實踐中，還可以使用可編邏輯程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）、人機界面（Human Machine Interface，HMI）以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等實現(xiàn)對供配電系統(tǒng)的監(jiān)控與管理。

1.2.2 節(jié)能策略

節(jié)能策略是電氣工程及其自動化供配電系統(tǒng)中的關鍵要素。為了實現(xiàn)節(jié)能目標，需要采取一系列的策略和措施。首先，通過優(yōu)化供配電系統(tǒng)的運行模式和參數(shù)來降低能耗。其次，采用節(jié)能型設備和技術(shù)，如高效節(jié)能的變頻設備和節(jié)能燈具，替代傳統(tǒng)的能耗較高的設備[1]。再次，考慮利用可再生能源來供電，如太陽能板和風力發(fā)電機，減少對傳統(tǒng)能源的依賴。最后，注重能源管理和監(jiān)控系統(tǒng)的建設，通過數(shù)據(jù)分析和監(jiān)測手段實時監(jiān)控能耗情況，及時調(diào)整供配電系統(tǒng)的運行狀態(tài)，以提高能源利用效率。

1.2.3 優(yōu)化調(diào)度

優(yōu)化調(diào)度是指利用現(xiàn)代自動化技術(shù)和優(yōu)化調(diào)度算法對電氣工程及其自動化供配電系統(tǒng)進行調(diào)度優(yōu)化，以實現(xiàn)節(jié)能控制。優(yōu)化調(diào)度可以通過對電力系統(tǒng)的運行狀態(tài)、負載需求、電能質(zhì)量等進行監(jiān)測和分析，利用數(shù)學模型和算法對供配電系統(tǒng)進行合理調(diào)度，以達到最佳的節(jié)能效果。例如，通過動態(tài)負荷均衡、優(yōu)化發(fā)電機組輸出功率、采用節(jié)能設備等方式來實現(xiàn)節(jié)能控制。通過優(yōu)化調(diào)度不僅能夠提高供電系統(tǒng)的運行效率和可靠性，還能有效降低電能消耗和碳排放，達到可持續(xù)發(fā)展的目標。在可再生能源的開發(fā)和利用中，通過優(yōu)化調(diào)度能夠?qū)崿F(xiàn)對不穩(wěn)定能源的有效調(diào)度和利用，提高能源利用效率[2]。

2 節(jié)能控制方法

2.1 光照控制

光照控制是一種常用的節(jié)能控制方法，在電氣工程及其自動化供配電系統(tǒng)中起著重要作用。利用傳感器檢測光照強度，并根據(jù)需求調(diào)節(jié)照明設備的亮度，可以有效降低能耗。光照控制系統(tǒng)通過使用光敏電阻、光電二極管等光照傳感器來感知周圍的光照強度，并根據(jù)預設的參數(shù)控制照明設備的開關或亮度。例如，在白天陽光充足的情況下，系統(tǒng)可以自動降低照明設備的亮度或關閉部分照明設備，以減少不必要的能耗。而在夜晚或光照不足的時候，系統(tǒng)則可以自動提高照明設備的亮度，以滿足使用者的照明需求。通過合理使用光照控制方法，可以達到節(jié)能降耗的目的，同時提供良好的照明效果。

光照控制的實現(xiàn)通常基于兩種主要原理，一是開關控制，二是調(diào)光控制。在開關控制中，根據(jù)光照傳感器感知到的光照強度與預設的閾值進行比較，當光照強度低于閾值時，照明設備將被打開或關閉。這種方法適用于對照明設備的亮度要求相對較簡單的情況，如公共走廊、儲藏室等。而在需要更細粒度控制照明亮度的場景中，調(diào)光控制則更加適用。調(diào)光控制通過改變照明設備的電壓或電流來實現(xiàn)調(diào)節(jié)亮度的目的。可以使用電位器、可調(diào)電阻或調(diào)光器等調(diào)控設備來實現(xiàn)不同的調(diào)光方法，如脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation，PWM）、恒流調(diào)節(jié)等[3]。這種方法可以根據(jù)不同的需求，實現(xiàn)自動或手動調(diào)光，以滿足不同光照環(huán)境下的要求。除了基于光照感應器的光照控制方法，還可以結(jié)合時間控制、人體感應等其他技術(shù)，進一步提高節(jié)能效果。

2.2 溫度控制

通過合理控制溫度，可以有效減少能耗并提高能源利用效率。在電氣設備和自動化系統(tǒng)中，可以采用以下措施進行溫度控制。首先，安裝溫度傳感器來實時監(jiān)測設備的溫度，以便及時發(fā)現(xiàn)異常情況并采取相應的調(diào)控措施。其次，根據(jù)設備的運行狀態(tài)和負載需求，調(diào)整設備的工作溫度，如通過降低冷卻系統(tǒng)的溫度設定值來減少能耗。最后，利用智能溫控系統(tǒng)優(yōu)化設備的工作溫度，實現(xiàn)精細的溫度控制和節(jié)能效果。

2.3 功率控制

功率控制是一種常見的電氣工程及其自動化供配電系統(tǒng)節(jié)能控制方法。通過對供配電系統(tǒng)中的電力功率進行合理控制，可以實現(xiàn)能源的高效利用和節(jié)約。其中一種常用的功率控制方法是調(diào)整電氣設備的工作狀態(tài)，如調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速或降低負載電流。通過減少電氣設備的功率消耗，可以有效降低整個供配電系統(tǒng)的能耗，并實現(xiàn)節(jié)能的目的。此外，功率控制可以通過優(yōu)化電力負荷分配和調(diào)整供電電壓等手段來實現(xiàn)。

通過合理調(diào)整電力負荷和電壓，可以使供配電系統(tǒng)運行在最佳工作狀態(tài)，提高能源利用率，降低能源損耗。因此，功率控制是一種有效的節(jié)能控制方法，在電氣工程及其自動化供配電系統(tǒng)中得到了廣泛應用。此外，功率控制可以通過采用智能電力管理系統(tǒng)來實現(xiàn)。智能電力管理系統(tǒng)可以通過實時監(jiān)測和控制設備的功率消耗，實現(xiàn)對供配電系統(tǒng)的精確控制和優(yōu)化。通過智能電力管理系統(tǒng)，可以分析設備的功率需求，進一步調(diào)整電力負荷和供電電壓，以實現(xiàn)最佳的供配電系統(tǒng)效率和能源利用。不僅可以實現(xiàn)供配電系統(tǒng)的節(jié)能控制，還可以提供實時數(shù)據(jù)分析和監(jiān)測，幫助電氣工程師進行系統(tǒng)優(yōu)化和故障排查。

3 性能評估

3.1 效率分析

供配電系統(tǒng)的效率是評估其性能的重要指標。通過對供配電系統(tǒng)中電能的傳輸和轉(zhuǎn)換過程進行分析，可以確定其能源利用效率。評估供配電系統(tǒng)的效率可以從多個方面進行，如電能的損耗情況、變壓器的效率、電纜和導線的損耗等。其中，電能損耗是供配電系統(tǒng)效率評估中的關鍵指標之一，指的是電能在供配電系統(tǒng)中由于電阻和導線的電阻性能而損失的能量，直接影響供配電系統(tǒng)的功率和能耗。通過對電能損耗的評估，可以確定供配電系統(tǒng)存在的能耗瓶頸并提出相應的改進措施，提高供配電系統(tǒng)的效率[4]。電能損耗的評估可以通過測量供配電系統(tǒng)中的功率損耗來實現(xiàn)。常見的方法是使用功率因數(shù)來評估供配電系統(tǒng)的電能損耗。功率因數(shù)是指實際功率與表觀功率之比，反映了電能的有效利用程度。功率因數(shù)越高，表示供配電系統(tǒng)中電能的損耗越少。

3.2 可靠性評估

可靠性評估的結(jié)果將為供配電系統(tǒng)的節(jié)能控制提供重要的指導和支持，實現(xiàn)系統(tǒng)的高效運行和節(jié)能目標。需要使用一些工具和方法來分析和評估供配電系統(tǒng)的可靠性，其中常用的方法之一是故障樹分析。故障樹分析是從頂事件出發(fā)，通過邏輯關系將各個故障事件連接起來，形成一個樹狀結(jié)構(gòu)的分析模型。通過分析各個故障事件之間的關聯(lián)關系，可以確定系統(tǒng)發(fā)生故障的概率，進而評估系統(tǒng)的可靠性水平。另外，可以使用失效模式與影響分析（Failure Mode and Effect Analysis，F(xiàn)MEA）方法來評估系統(tǒng)的可靠性[5]。FMEA方法主要通過識別系統(tǒng)各個組件和部件可能出現(xiàn)的失效模式，分析失效模式對系統(tǒng)的影響程度，從而評估系統(tǒng)的可靠性指標。通過以上的評估方法，可以對供配電系統(tǒng)的可靠性進行全面的評估，并得出相應的結(jié)論和建議。這些評估結(jié)果有助于優(yōu)化供配電系統(tǒng)的運行方式，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，并為節(jié)能控制提供決策支持。

3.3 經(jīng)濟性評估

在電氣工程及其自動化供配電系統(tǒng)的經(jīng)濟性評估中，需要考慮系統(tǒng)建設、運行和維護的費用，以及系統(tǒng)帶來的收益和節(jié)能效果。第一，系統(tǒng)建設費用包括設備購置費用、施工費用以及相關配套設施的費用。第二，系統(tǒng)運行和維護費用包括電力消耗費用、設備維護費用以及系統(tǒng)故障修復費用等。在經(jīng)濟性評估中，需要對以上費用進行綜合考慮，并計算投資回報周期、投資收益率等指標，以判斷供配電系統(tǒng)是否經(jīng)濟可行。第三，通過對比節(jié)能前后的能耗情況，計算出系統(tǒng)的能源節(jié)省量和節(jié)能率。綜合考慮經(jīng)濟性和節(jié)能效果，可為供配電系統(tǒng)的設計、運營和管理提供科學依據(jù)。第四，經(jīng)濟性評估需要考慮系統(tǒng)的壽命周期成本，包括初始投資費用、運行費用和維護費用的累計，以及系統(tǒng)的更新和升級成本。通過分析系統(tǒng)的壽命周期成本，可以評估系統(tǒng)的經(jīng)濟性和長期運營的可行性。第五，考慮系統(tǒng)的可持續(xù)性和環(huán)境影響。在經(jīng)濟性評估中，應考慮系統(tǒng)對環(huán)境的影響，包括排放物的減少、資源的有效利用和環(huán)境保護等方面。綜合考慮經(jīng)濟性、可持續(xù)性和環(huán)境影響，制定合理的供配電系統(tǒng)節(jié)能控制策略，實現(xiàn)經(jīng)濟效益和環(huán)境效益的雙贏。第六，要注意進行風險評估，識別潛在的經(jīng)濟風險和技術(shù)風險，并采取相應的措施進行風險控制和管理。通過全面的經(jīng)濟性評估和風險評估，可以提高供配電系統(tǒng)的可靠性與可持續(xù)性，為能源領域的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。

4 結(jié) 論

通過合理的技術(shù)手段和管理措施，電氣工程及其自動化供配電系統(tǒng)的節(jié)能控制是完全可行的。這不僅可以實現(xiàn)企業(yè)的經(jīng)濟效益和社會效益雙贏，還可以為可持續(xù)發(fā)展和低碳生活做出積極貢獻。在未來的發(fā)展中，應該繼續(xù)加大對電氣工程及其自動化供配電系統(tǒng)節(jié)能控制的研究與應用，以推動能源的可持續(xù)利用和實現(xiàn)保護環(huán)境的目標。