電氣工程及其自動化供配電系統(tǒng)節(jié)能控制研究

馬 林

（黃岡東源電業(yè)集團有限公司，湖北 黃岡 438000）

在供配電系統(tǒng)中應(yīng)用電氣自動化技術(shù)，不僅方便維護，還能加強相關(guān)可控性，這對電力企業(yè)以及國家發(fā)展都具有重要意義。因此，如何對該供配電系統(tǒng)實施節(jié)能管控成為研究的重點課題之一，這就要對控制措施進行重點闡述，助力于電力工程的自動化發(fā)展。

1 電氣工程及其自動化的基本構(gòu)成

1.1 中央控制設(shè)備

在自動化系統(tǒng)之中，中央控制設(shè)備屬于核心部分之一，其能夠監(jiān)控和控制整個系統(tǒng)。其構(gòu)成部分以PLC和DCS 為主，主要對各個子系統(tǒng)的運行展開協(xié)調(diào)管理。同時期能夠在傳感器的作用下，對各種信號進行采集、分析和處理，并且在預定控制策略的前提下發(fā)出相關(guān)控制指令。其能夠監(jiān)測和管控生產(chǎn)過程、設(shè)備狀態(tài)等，保證生產(chǎn)效率和質(zhì)量得到全面提升。另外，其能夠與其他數(shù)據(jù)系統(tǒng)之間完成數(shù)據(jù)交換與通信，如與SCADA 進行數(shù)據(jù)共享，確保全面的生產(chǎn)管理與優(yōu)化得以實現(xiàn)[1]。總而言之，想要實現(xiàn)自動化控制與管理，中央控制設(shè)備是關(guān)鍵所在。

1.2 現(xiàn)場控制設(shè)備

在電氣工程自動化系統(tǒng)之中，現(xiàn)場控制設(shè)備是主要構(gòu)成部分之一，其主要用于對現(xiàn)場設(shè)備展開實際控制與操作。其組成部分包含控制器、驅(qū)動器以及開關(guān)等，其對中央控制設(shè)備發(fā)出的控制指令進行接收，并將控制指令轉(zhuǎn)化成其他形式，如電信號、液壓信號等，從而實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備運行的調(diào)節(jié)與控制。比如，其能夠控制電機的啟停，并對溫度等參數(shù)實施調(diào)節(jié)，以此來對生產(chǎn)過程展開精準管控。另外，其能夠在傳感器的輔助下，對現(xiàn)場設(shè)備狀況信息進行全面采集，并將該信息反饋給中央控制設(shè)備，保證中央控制設(shè)備能夠完成相應(yīng)的監(jiān)測和控制。對現(xiàn)場控制設(shè)備來講，其特點主要體現(xiàn)在抗干擾能力強、可靠性較高等方面，從而為系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供保障。簡言之，在電氣自動化系統(tǒng)之中，其對中央控制設(shè)備的指令進行接收和執(zhí)行，從而使得現(xiàn)場設(shè)備的精準管控得以實現(xiàn)[2]。

2 供配電系統(tǒng)

在建筑電氣中，供配電系統(tǒng)是主要構(gòu)成部分之一。在整個電路中，不僅要完成電能轉(zhuǎn)化，還要讓電能的分配與輸送任務(wù)順利完成，通常可以劃分成一級、二級、三級負荷。建筑供配電系統(tǒng)化設(shè)備中發(fā)生老舊、空載損耗大等問題時，會導致電能損耗明顯提升。與此同時，線路設(shè)計缺乏合理性、使用的用電設(shè)備不適宜、三相電壓間的平衡性不足等，也會對建筑供配電系統(tǒng)的運行產(chǎn)生一定程度的影響，損耗大量的電能。由此可知，在規(guī)劃設(shè)計建筑供配電系統(tǒng)時，既要讓建筑用電需求得到滿足，又要落實節(jié)能設(shè)計，對高壓線路以及高壓設(shè)備等進行節(jié)能控制，從而使得供配電系統(tǒng)出現(xiàn)線路損壞和配電損失等現(xiàn)象的概率大幅度降低，確保供電輸電的效率持續(xù)提升[3]。通過對電能消耗以及用電環(huán)境的改善，使得建筑電氣設(shè)備以及用電設(shè)備的使用年限得到延長，進而達到節(jié)約能源和保護環(huán)境的效果。

3 電氣工程及其自動化在供配電系統(tǒng)中的應(yīng)用優(yōu)勢、原則和價值

3.1 應(yīng)用優(yōu)勢

3.1.1 便于維護

現(xiàn)代化社會中，生產(chǎn)生活中的用電量需求明顯增加，使得供配電系統(tǒng)的運行承受一定的壓力。想要讓供配電處于安全穩(wěn)定的運行狀態(tài)，則要不斷加強供配電系統(tǒng)的運維管理力度。在傳統(tǒng)人力資源運維模式下，不僅會耗費大量的人力資源，還會受到運維人員自身能力的影響，無法為供配電系統(tǒng)的安全運行提供保障。但是在電氣工程及其自動化的應(yīng)用下，供配電系統(tǒng)在運維過程中，可以呈現(xiàn)出自動化的特征，并可以使傳統(tǒng)人工問題得到規(guī)避。同時在供配電系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對故障點問題自動分析，從而為供配電系統(tǒng)的維護工作提供便利[4]。

3.1.2 可控性更高

在供配電系統(tǒng)中融入電氣工程及其自動化技術(shù)，自動化技術(shù)能夠串聯(lián)起供配電系統(tǒng)中的設(shè)備，有利于科學控制整個供配電系統(tǒng)。伴隨著電氣自動化的應(yīng)用，使得供配電系統(tǒng)的人為運維成本得到明顯降低，保證對供配電系統(tǒng)的控制得到加強。比如，變壓器的運行方式有兩種，可以并聯(lián)，也可以串聯(lián)。電網(wǎng)的若干處可以并環(huán)運行，也可以解環(huán)運行，有利于對供配電系統(tǒng)實施控制。

3.2 應(yīng)用原則

3.2.1 經(jīng)濟適用性原則

在當前生產(chǎn)需求的前提下，供配電系統(tǒng)電氣節(jié)能技術(shù)可以推動組織企業(yè)持續(xù)發(fā)展，這樣在設(shè)計供配電系統(tǒng)時，需要借助電氣自動化技術(shù)，保證供配電系統(tǒng)節(jié)能得以實現(xiàn)，從而實現(xiàn)電能成本控制。從供配電系統(tǒng)節(jié)能的層面來講，應(yīng)該在實際節(jié)能需求的前提下，落實相應(yīng)的節(jié)能控制。同時在經(jīng)濟適用性原則得到全面遵守的情況下，將相關(guān)經(jīng)濟和社會效益整合其中，有助于設(shè)計出電氣自動化無功功率補償，這樣與實際情況更加貼近。經(jīng)濟適用性原則屬于基礎(chǔ)性原則，在供配電系統(tǒng)節(jié)能中應(yīng)用電氣工程及其自動化技術(shù)時，要對該原則進行充分考量。

3.2.2 實際性節(jié)能原則

供配電系統(tǒng)節(jié)能指的是節(jié)能管控電力資源，也是可持續(xù)發(fā)展得以實現(xiàn)的重要內(nèi)容。從實際節(jié)能工作中可知，部分企業(yè)將電氣自動化和供配電系統(tǒng)之間的結(jié)合當成重中之重，但是忽略了供配電的線路節(jié)能設(shè)計，導致系統(tǒng)節(jié)能呈現(xiàn)出形式化特征。供配電系統(tǒng)節(jié)能要對實際性原則進行嚴格遵守，并在自身實際用電需求的前提下，堅持落實節(jié)能措施，憑借電氣自動化來達到節(jié)能控制的目的，更好地緩解電力系統(tǒng)的供電壓力[5]。

3.2.3 優(yōu)化節(jié)能原則

在對電氣自動化供配電系統(tǒng)進行節(jié)能設(shè)計時，不能將注意力都放在內(nèi)部供配電系統(tǒng)的節(jié)能能力之上，還要從宏觀的角度來分析整體的節(jié)能效果。由于社會節(jié)能意識處于持續(xù)發(fā)展的狀態(tài)，并且相關(guān)節(jié)能技術(shù)也處于研發(fā)之中，所以要合理優(yōu)化升級供配電節(jié)能設(shè)備，憑借對高精尖技術(shù)和節(jié)能工藝的運用，保證供配電系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計得到完善，進而為生態(tài)文明建設(shè)以及健康持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)保障。

3.3 應(yīng)用價值

在人們的生產(chǎn)生活中，供配電系統(tǒng)具有重要價值，所以要對供配電系統(tǒng)節(jié)能以及社會穩(wěn)定發(fā)展加強重視。想要與時代發(fā)展保持同步，各個行業(yè)都應(yīng)將自動化技術(shù)引入其中。由于該技術(shù)的使用，對供配電系統(tǒng)提出全新的管理需求，特別是對于機械制造行業(yè)。行業(yè)電氣自動化水平處于較高的狀態(tài)，并對電力能源具有巨大的需求，這使得電力能源的消耗明顯增大。因此，機械制造行業(yè)在運用電力自動化技術(shù)時，應(yīng)該充分融合該技術(shù)與供配電系統(tǒng)，確保該系統(tǒng)達到節(jié)能的效果，從而為電力能源節(jié)能控制的實現(xiàn)提供保障。除此之外，可以優(yōu)化電力能源使用沖突。當傳統(tǒng)的供配電系統(tǒng)處于運行狀態(tài)時，系統(tǒng)中所有供配電線路壓力相同。當用電需求量偏高時，供配電系統(tǒng)無法優(yōu)化支持生產(chǎn)用電，從而導致用電系統(tǒng)電力能源供應(yīng)不足的現(xiàn)象出現(xiàn)。但是將供配電系統(tǒng)和電氣自動化技術(shù)相結(jié)合后，系統(tǒng)會將各個電力系統(tǒng)的用電需求當成標準，來對供電實施科學調(diào)配，為生產(chǎn)用電的穩(wěn)定性提供保障。

4 電氣工程及其自動化供配電系統(tǒng)節(jié)能控制

4.1 應(yīng)用線路動態(tài)無功補償

利用線路動態(tài)無功補償?shù)姆绞剑尮┡潆娤到y(tǒng)實現(xiàn)節(jié)能效果。線路動態(tài)無功補償指的是對供配電系統(tǒng)中的各變壓器設(shè)備實施無功損耗的就地補償。在實際補嘗過程中，使用頻率較高的策略之一為利用一臺變壓器為多個供電設(shè)備供電，保證單臺配電變壓器的功效得到顯著提升。實際應(yīng)用的時候，對線路動態(tài)無功補償使用狀況進行全面分析可知，該策略能夠使供配電系統(tǒng)的節(jié)能效果得到顯著加強，從而為供配電系統(tǒng)電氣自動化管控工作的開展提供便捷性。

4.2 選擇低能耗照明系統(tǒng)

在電氣自動化工程中，照明是基礎(chǔ)工程。想要讓供配系統(tǒng)節(jié)能得以實現(xiàn)，應(yīng)該對照明系統(tǒng)進行節(jié)能控制，有利于提高整體節(jié)能控制水平。照明系統(tǒng)實施電氣自動化后，工作效率顯著提升的同時，可以使供配電系統(tǒng)能源管理更加有效穩(wěn)定。伴隨著電氣自動化的持續(xù)發(fā)展，在供配電系統(tǒng)運行時，照明系統(tǒng)的節(jié)能控制有效實現(xiàn)。這樣也可以對供配電系統(tǒng)的節(jié)能進行充分展現(xiàn)，其原理是將節(jié)能控制部件安裝到照明系統(tǒng)配電設(shè)備之中，保證可以對照明系統(tǒng)實施節(jié)能管控，進而對電能損耗展開科學管控。

4.3 創(chuàng)新優(yōu)化供配電節(jié)能系統(tǒng)

對先進化的數(shù)據(jù)采集以及控制技術(shù)進行運用，并對智能能源管理系統(tǒng)開展全面研發(fā)，以此來對能源消耗實施監(jiān)測分析與優(yōu)化。該系統(tǒng)能夠?qū)δ茉磾?shù)據(jù)進行實時獲取，并對能源浪費現(xiàn)象或潛在節(jié)能機會進行識別，從而采取相關(guān)措施來優(yōu)化調(diào)整。采用預測算法和優(yōu)化算法，在歷史數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)的前提下，來對負荷需求以及能源價格等展開預測，確保供配電系統(tǒng)的運行策略得到優(yōu)化。例如：通過對負荷需求展開預測，來對用電時間以及設(shè)備運行方式進行合理安排，以此來達到降低能耗成本的效果。同時將分布式能源系統(tǒng)結(jié)合其中，如太陽能光伏系統(tǒng)，讓智能分布式能源管理得以實現(xiàn)。憑借對智能化控制和優(yōu)化算法的運用，來協(xié)調(diào)和集成分布式能源與電網(wǎng)，保證可再生能源得到最大化運用，從而使得對傳統(tǒng)能源的依賴性逐漸削弱。此外，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來串聯(lián)各種設(shè)備，這樣可以遠程監(jiān)測和管理設(shè)備。同時對設(shè)備的狀態(tài)以及能耗進行實時監(jiān)測，保證設(shè)備故障或異常可以被及時發(fā)現(xiàn)，有利于及時地開展維修與調(diào)整，繼而讓設(shè)備的效率以及節(jié)能性都得到加強。

除此之外，科學整合智能建筑技術(shù)和微電網(wǎng)技術(shù)，來協(xié)同管理供配電系統(tǒng)和建筑能耗。同時在智能控制和優(yōu)化算法的輔助下，研究建筑負荷需求以及能源供應(yīng)，讓供需之間達到平衡狀態(tài)，進而保證能源浪費與損耗得到顯著降低。

4.4 改善總功率因數(shù)

通過對功率因數(shù)進行增加，可以讓無功耗線路的數(shù)量得到減少，以此來實現(xiàn)降能節(jié)約的目的。傳輸線損耗主要體現(xiàn)在兩部分，一部分是有功率傳輸線損，另一部分是無功率傳輸線損。雖然功率傳輸和設(shè)備基本功能之間保持一致，但在電源和配電系統(tǒng)中，部分設(shè)備可能會出現(xiàn)延遲無功電流，該電流可以通過高低壓線路向用戶身上傳遞，并在電器尾端增加線路功率的損耗。想要避免這些損失，首先，要讓無極大功率民用電器設(shè)備的最大功率穩(wěn)定損失得到降低，以此來提高民用電氣設(shè)備的主要功率。在部分設(shè)計過程中，應(yīng)該對極高功率的電機進行運用。同時在運用感應(yīng)功率設(shè)備時，還要配備相應(yīng)的補償電容設(shè)備。其次，當處于無功率補償?shù)臓顩r下時，電容能夠靈活實現(xiàn)。為了讓無功電流在電氣設(shè)備上的延遲得到消除，則要對電容器進行合理化運用。

由此可知，在具體的設(shè)計時，要對低壓組或高氣體集的總補償實施靈活運用，保證無功總電流的出現(xiàn)頻次顯著降低。

4.5 供配電平臺的選擇和施工

通過運用先進化的傳感器以及執(zhí)行器技術(shù)，可以達到實時監(jiān)測和控制供配電設(shè)備的效果。比如，溫度、濕度等傳感器可以對設(shè)備的狀態(tài)以及能耗狀況展開實時監(jiān)測，智能執(zhí)行器在控制指令的作用下，對設(shè)備運行參數(shù)實施調(diào)整。同時在數(shù)據(jù)采集設(shè)備和軟件系統(tǒng)的輔助下，對電網(wǎng)和設(shè)備的運行數(shù)據(jù)進行實時獲取。另外，通過數(shù)據(jù)分析算法的方式，來科學分析能源消耗以及負荷需求，甚至對能源浪費或潛在節(jié)能機會展開識別。

與此同時，數(shù)據(jù)分析還能夠用于故障檢測，加強供配電系統(tǒng)的安全可靠性。通過人工智能和機器學習技術(shù)，來智能優(yōu)化管理供配電系統(tǒng)。同時利用數(shù)據(jù)模型和算法，可以讓負荷預測以及設(shè)備故障針對等功能充分發(fā)揮。例如：依托機器學習的負荷預測模型，融入歷史數(shù)據(jù)來預測未來負荷需求，保證供電策略得到優(yōu)化。并且根據(jù)大數(shù)據(jù)平臺或云計算，可以讓供配電系統(tǒng)的集中管理與分布式計算得以實現(xiàn)。云計算能夠讓遠程監(jiān)控操作有效實現(xiàn)，確保運維效率和響應(yīng)速度都大幅度提升。

5 結(jié)語

綜上所述，在供配電系統(tǒng)中融入電氣自動化至關(guān)重要。同時，為了符合國家的可持續(xù)發(fā)展，要對該供配電系統(tǒng)落實節(jié)能控制。所以，相關(guān)人員應(yīng)將節(jié)能控制措施當成重點來探究，保證其作用充分凸顯，進而為電力工程的健康發(fā)展夯實基礎(chǔ)。