探究电气工程及其自动化供配电系统节能控制策略

探究电气工程及其自动化供配电系统节能控制策略

彭召

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摘要：为解决电气工程及其自动化供配电系统的耗能问题，以节能环保和经济发展为主线，对供配电系统中存在的主要问题进行探究。结果表明，传统的供配电系统已经不能满足当前社会的需要，存在能耗高、效率低以及污染严重等弊端。因此，提出从设计理念上优化改进供配电系统的方案，实现供配电系统的低耗高效运行，以期为相关人员提供参考。

关键词：电气工程及其自动化技术；供配电系统；节能控制技术；策略分析

引言

随着现代化建设的发展与经济全球化程度的提高，越来越多的国家将科技创新作为实现经济社会可持续发展的关键。电气自动化技术作为当前社会中应用最为广泛的新技术之一，在提升我国国民经济水平以及人们生活质量方面发挥着重要作用。

1 电气工程及其自动化供配电系统

1.1 电气工程及其自动化技术的应用意义

电气工程及其自动化技术是一门建立在电力电子控制技术基础上，运用计算机技术、通信和网络等信息技术对电力系统中的电能进行采集、处理、分析和控制的综合性工程技术，其主要作用在于将电网内各种用电设备以及相关人员与外界联系起来，实现信息传输和管理，提高工作效率，满足人们日常生产生活需求。配电设备电气自动化的应用可以有效减少因线路故障造成的损失，保障供电系统安全运行。电气工程及其自动化技术的应用意义有以下3点：①提升供电可靠性。输配电系统复杂，需要投入大量人力及物力进行维护，而电气自动化技术不仅能够避免上述问题，还能最大限度地降低损耗。②推动智能配电网建设。目前我国正在积极推进城市智慧能源体系建设，电气自动化技术能通过监测和监控电气设备的运行状况，并及时做出相应调整，从而达到节能降耗的目的。

1.2 电气自动化技术类型

1.2.1 智能化技术

近年来，电气自动化技术被应用到供配电系统中，在一定程度上提高了供电系统的安全性与稳定性。电网系统运行过程中，需要对电能进行储存、分配和控制，这需要一个稳定可靠的供电电源作为保障，而智能化技术的诞生为实现这一目标提供了必要条件。例如，智能电表可以根据用户用电情况自动采集数据，实时显示电量等信息，并通过无线网络将这些信息传输给控制中心，使控制系统能够及时调整电力供应方案以满足用户需求。

1.2.2 电网技术

电网技术是指电力系统在运行、调节和管理等方面所采用的各种技术手段，主要包括发电、输电、配电（变电站自动化、配电网智能化）、用电（智能电表、电能质量监测系统）以及信息通信等技术（电力电缆与通信网、移动互联网）。将电气自动化技术应用到电网技术中，可使电力生产调度更加科学化、规范化、系统化、信息化，还可以有效提高能源利用效率，减少环境污染，优化资源配置和投资效益，实现社会经济效益最大化。

2 电气自动化供配电系统节能技术设计原则

2.1 经济适用原则

电气自动化供配电系统在节能设计中，要满足经济适用原则。经济适用性是指通过合理地使用和配置电能，实现节能、减排及提高经济效益。电气设备的运行费用与设备本身消耗能量之间存在着一种平衡关系，这种动态平衡要求在保证供电质量的前提下尽可能降低用电量。为了实现这一目标，必须对电气节能技术，如变频调速、机电一体化控制等技术进行研究，并逐步向智能控制领域发展。

2.2 实事求是原则

对供配电系统采取节能技术的主要目的是改善用户用电环境，提高能源使用效率，降低能源消耗，减少环境污染。因此，节能技术设计必须遵循实事求是原则，从客观实际出发，选择最经济和最有效的措施，实现供配电设备节电增效。此外，需要合理确定能耗指标。供配电系统运行成本包括直接人工费用、间接人工费用以及相关税费等，其中直接人工费用占总成本比重较大。

3 电气工程及其自动化供配电系统节能控制措施

3.1 采用无功补偿策略，实现节能增效

随着电气自动化技术与供配电系统的深度融合发展，节能措施已经成为当前电力生产中不可缺少的一部分，因此，无功补偿装置主要包括电容器组（电抗器）、晶闸管等。根据作用不同，可将无功补偿装置分为调压器式无功补偿器、变压器型无功补偿装置、工频交流感应电压发生器（SF6/ZR）式无功补偿器。采用无功补偿策略时需要注意以下3点：①了解无功功率源的特性及特点，通过对参数进行分析计算确定所需投切容量，再根据所投负荷类型，选择合适的控制方式。②利用电气自动化技术将上述信息转换为电信号送至控制柜，由控制柜完成无功调节，根据现场实际情况自动调整补偿量。③根据控制要求对各部分元件加以调试，确保其处于正常工作状态。无功补偿系统是供电网络的重要组成部分，不仅能提高供电系统质量，增加功率因数，还能有效防止谐波污染，减少网损。为实现节能增效目标，必须合理规划建设无功补偿设施，做好无功补偿系统故障预测和应急处理工作，避免发生事故。

3.2 实施线路动态无功补偿，进行经济效益分析

无功补偿能最大限度优化节能效果，线路动态无功补偿也是实现节能增效的重要手段之一。与无功补偿不同，线路动态无功补偿是指在系统发生故障时将其接入电网以消除或抑制电压波动，使电力系统达到平衡状态，包括谐波和无功功率管理、无功优化控制等。线路动态无功补偿主要对供配电系统有功功率因数进行调整，通过改善电源质量、降低用电负荷以及改变供电方式来减少电能损失。常见的无功补偿方式有以下2种：①并联电容器组。串联电容器组可用于部分电力用户中，但当容量较大且要求高功率因数情况下，建议采用并联电容器组作为辅助装置，并联电容器组应尽量布置在靠近主变压器处（如2/4侧）。②利用一台变压器为多个供配电节点提供三相交流电源，即所谓的“一网多用”方案，此种方案具有投资小、占地少、运行效率高、可靠性高等优点。

3.3 减少线路输电损失，确定用电单耗定额

利用电气自动化技术改造设计供配电系统以减少线路输出损耗，可以发现降低单额定耗电流和提高功率因数是目前低压配电网最重要的改进方向。在理想状态下，当电网中电压为220 V时，电能消耗约占总用电量的20%。而随着电压升高，电能消耗量则逐渐下降，但仍有40%左右需要通过变压器来实现降压或升压以满足用电需求。为降低输电损耗，必须确定单耗定额，通过合理选择变压比、配变容量及开关频率等措施，将所需的谐波功率降到最低，同时改善低压配网运行质量，达到预期要求。单耗定额的确定需要综合考虑以下2个方面：①使用同一种供电方式，即同一负荷情况下，设备参数变化引起的平均压降大小并不相同。因此，应按负载类型划分不同的类别，并分别计算其对应的实际耗损率。②对于采用直流供电系统的用户而言，为了减少无功补偿装置的投切次数，可以将无功功率与有功功率之比作为衡量指标。若两者比值不大于3:1，则表示该区域内各变电站均可获得一定程度的削峰填谷。反之则说明该区域内受影响最大。如果出现严重缺电现象，则应该重点考虑“断相”故障造成的电力损失，以及因电力系统自身原因导致的事故后果。

结语

在供配电系统中应用电气工程及其自动化技术将有效提高电网的运行效率，减少设备损耗和提升供电可靠性。随着国家对能源领域重视程度的不断提高以及社会经济发展速度的加快，未来我国电力需求将会持续增长，而配电网建设与改造也会持续进行。唯有加大对电气工程及其自动化技术的应用力度，才能进一步推动电力系统向智能化方向发展，并为实现碳中和提供有力支撑。

参考文献

[1]彭万里.建筑机械设备电气工程自动化的供配电节能控制探讨[J].中国设备工程，2023(1):227-229.

[2]陶仁海.电气工程及其自动化供配电系统节能控制分析[J].科技创新与应用，2022,12(36):189-192.