建筑機械設備電氣工程自動化供配電節能的控制方法研究

郭冬冬

（北京建自凱科系統工程有限公司，北京 100000）

1 引言

作為建筑的重要組成部分，電氣設備和供配電系統的安裝質量和運行對建筑物的使用功能和安全運行起著至關重要的作用。其可對建筑物的電力供應、配電系統進行自動控制與智能監控，同時針對容易出現的問題制訂相應的解決方案，通過智能化及遠程控制等手段排查各類故障及隱患，從而保證建筑供配電系統的安全、可靠，將意外事故、停電等造成的影響和損失降到最低。為此，本文對具體的電氣工程自動化網絡的現場控制設備進行了深入探討，并提出了相應的供配電節能控制策略，以確保建筑的安全可靠運行。

2 建筑電氣工程及供配電系統概述

2.1 建筑電氣工程

電力系統在建筑中占有舉足輕重的地位，其能否正常工作，不僅關系到建筑物的質量和功能，而且關系到居民的日常生活。建筑的電力系統較為復雜，包括強電系統和大樓的弱電系統。隨著建筑業的不斷發展，其相關裝備越來越精細，技術越來越先進，自動化程度也越來越高，以支持電力裝置及各種系統的安全、穩定工作。在滿足專業性、安全性、實用性等方面的要求的同時，建筑電氣還應滿足節能需求，并遵循電氣節能減排的原則，對各個系統進行科學的規劃和布局，改變以往粗放式的建筑電氣設計，在滿足供電和用電需求的同時，減少資源和能源的消耗及浪費。

2.2 供配電系統

供配電系統是建筑電氣的重要組成部分，由從電源進戶到用電設備的輸入端的整個電路組成。其中，電源進戶部分主要包括交流電、直流電和交流儲能等。輸入端包含變壓器、斷路器及電流互感器等設備，以及連接這些設備的電纜等。此外，還包括由電器柜、配電柜及其他裝置組成的配電系統，以實現供配電系統的正常運行，加之線路設計不合理，供電系統功率因數低，以及電機的啟動電流和諧波電流都會在不同程度上對建筑物的供配電系統造成影響，并會產生電能損耗。因此，在建筑供配電系統的規劃設計中，不僅要考慮建筑用電需求，還應該考慮安全、節能和環保等方面的要求。規劃設計時，還要考慮節能減排和環保要求，以保證供電質量，從而達到節能和環保的目的。

3 建筑電氣自動化供配電節能的控制方法

3.1 監測與控制精度的提升方法

電氣自動化技術可以實現對系統的監測，要提高其監測與控制能力，可采用如下措施：首先，采用高精度的傳感器、測量儀等設備；其次，采用數據挖掘、大數據等智能技術，實現對數據的精準分析和預測；最后，采用分布式控制等算法，用于對供配電系統的精準控制和優化調度。

3.2 信息互通和集成方法

要解決控制系統的信息互通和集成問題，可采用如下措施：首先，建立統一的信息與數據規范格式；其次，構建統一的信息平臺與數據中心，以達到信息共享與整合；最后，結合物聯網、 云計算等先進技術，將建筑設備與供配電系統進行互聯，提高信息共享與處理效率。

3.3 系統靈活性與智能化提升方法

要提高控制系統的靈活性和智能化水平，可以通過模塊化及可配置的設計方法，對建筑機械設備、電力系統等進行快速配置。同時，可通過開放的平臺及接口設計，使建筑設施、供配電系統等進行互聯，實現與其他系統的整合。

3.4 推廣新能源技術

加強探索新能源技術在建筑機械設備、 供配電系統中的應用等研究。通過引入節能技術和智能控制系統等降低能源的能耗，推廣綠色環保和低碳節能的生活理念，倡導節能減排，增強環保意識和責任心。

4 電氣工程自動化網絡的控制設備

4.1 電氣工程自動化網絡的中央控制設備

中央控制設備是接受命令的核心，其可以按照具體的條件向用戶發送具體的命令，從而對網絡的子程式進行精細的控制，確保程序的正常運轉。在建設工程中，以微機為核心的中央控制器能實現多種功能，控制設備聯動性好，可以與下級供配電節能元件相連接。在發生突然斷電情況時，中心控制裝置能立即啟動備用電源設備，維持中心控制裝置的正常運轉。

4.2 電氣工程自動化網絡的現場控制設備

采用現場控制裝置對各個子系統的主機進行智能調試，并將供配電節能等方面的數據完全保存。當第一個控制器發生故障時，第二個控制器就會被激活，從而有效保證整個電力系統的安全性。現場控制設備包括ROM、CPU 等組件，這些組件構成了現場控制設備的基本組成部分。其中，CPU 是最關鍵的組成部分，是現場控制設備的大腦，負責指揮和協調其他組件的運行。采用自動化運行方案后，各類控制設備元素能夠保持密切聯系，從而實現程序共享。要給各控制設備配備獨立的備用電源，并將其與中央控制設備連接起來，建立一個穩定可靠的供配電節能調試系統。將現場控制設備連接指令定義為B，如式（1）[1]：

式中，Vn、V0分別為電氣工程自動化控制系數的最大值和最小值；n為電氣化權限量；X、x分別為一級、二級控制器供配電調節系數；H、h分別為一級、二級控制器節能控制需求指標；c為建筑機械設備電氣化執行權限；ΔM為單位時間內的電氣工程調試量。

5 供配電節能控制的實現方法

5.1 供配電平臺的構建

供配電平臺的主要組成為自動化主機、高低壓配電柜、直流屏、EPS 等設備。如圖1 所示，為供配電平臺結構[2]。

圖1 供配電平臺結構

如圖1 所示，在建筑信息通信線的聯動作用下，UPS 設備與機械變壓器相連，對下級供配電元件進行自動化調試，直流屏可以全面呈現建筑信息數據。低壓配電柜主要位于供配電平臺的頂層，可以與高壓配電柜進行對接，并向其發出電量調試指令，與EPS 元件結合使用，可以實現對機械設備能量的精細控制，實現節能降耗。芯片作為自動化主機的關鍵組成部分，有多種形式。目前，STM32F103VBT6 芯片的使用比較普遍，它可以改變終端的控制位置，同時具有靈活、穩定等特點[3]。

5.2 控制執行功能軟件

建筑機械設備電氣工程自動化網絡具有較強的調控能力，能夠直接調節供配電節能設備的末端節電，通過微處理器芯片精確調試I/O 輸出信號。在節能調節時，電源和配電繼電器與接觸器相容，并確保了二者之間的連接穩定。為提高系統的有效性，必須對系統的控制與執行功能進行適當的調整，并對照明設備、分散式空調等設備進行自動調試。為保證控制系統可靠運行，必須根據施工機械裝備的實際要求進行相應的程序編制和調試。

5.3 節能管理上機位

適配易控的軟件作業平臺，充分實現對控制與執行功能的融合，并通過構建配置軟件或適配高互動性的人機交互接口，為機器和人搭建一座交流的橋梁。在合理的配置方式下，節能管理上位機能對供配電信息進行自動監測，從建筑機械設備中獲取有用信息，并生成圖形或其他信息表達形式，將實際情況進行直觀的呈現。通過對施工機械的能源管理，能夠對施工機械進行實時監測，并對生成的信息進行全面的保存。

6 自動化供配電節能控制方法的應用效果分析

選取特定的建筑機械設備，將其劃分為實驗組和對照組。實驗組使用自動化供配電節能控制方法，對照組使用傳統節能控制方法。然后分別對其電氣工程耗電量進行比較分析。在測試分析中，采用IPU 指數能更好地反映電氣工程的實際運營能耗。IPU 指數越大，代表電力費用越低；如果IPU 指數降低，則說明電力消耗費用增加。兩組的IPU 指數如圖2 所示。

圖2 試驗組與對照組的I PU指標數值

由圖2 可知，實驗組IPU 指標數值隨著建筑物間距的增大而增大，其IP 指數最大為65.9%。對照組IPU 指數呈現出先升高，后逐漸降低的趨勢，其IPU 指數最大為41.7%。實驗組IPU 指標數平均值較對照組高出23.75%。由此可知，采用自動化供配電節能控制能夠對IPU 指標進行有效的優化，并且隨著建筑物間距的增大，該指標的數值也增大，從而可有效控制電氣工程的運行電耗成本，獲得更顯著的節能環保效益和經濟效益。在測試過程中，TSR 指數也是一個重要的參數，其能反映建筑的電能消耗。圖3 為實驗組與對照組的TSR 指標數值。

圖3 實驗組與對照組的TSR指標數值

如圖3 所示，實驗組TSR 值隨著建筑物間距的增大而呈現階段性的變化。其現上升后再趨于穩定，該組的最大TSR 指標數值為84.1%。對照組的TSR 指數的變化較為復雜，呈上升與下降的交替變化。該組最大值為65.9%，比實驗組低18.2%。實驗組TSR 指標數值平均值較對照組高出32.35%。

綜上，應用研究措施后，TSR 指標數隨建筑物間距的增加而增大。建筑物的電力消耗比例明顯提高，建筑物的機械和電氣設備的能耗得到了有效控制。

7 結語

本文提出了針對建筑機械設備的供配電節能控制措施，并詳細闡述了自動化供配電節能控制分析的實現方法。在應用該方法后，電力系統的IPU 指數和TSR 指數都得到了顯著提高。實驗組IPU 與TSR 指標數值平均值較對照組分別高出23.75%、32.35%。表明節能控制策略在改善電力系統的電能質量、減少電力系統能耗方面發揮了積極的作用。建筑機械設備電氣工程的運行電耗成本較低，符合節能環保、經濟高效的工程理念，可提高建筑工程的各種效益。