電氣工程自動(dòng)化及其節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用研究

甘 濤

（國(guó)網(wǎng)霍山縣供電公司，安徽 六安 237200）

0 引 言

目前，節(jié)約能源是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)重要指導(dǎo)思想[1,2]。電氣工程的發(fā)展不應(yīng)局限于目前的技術(shù)水平，應(yīng)結(jié)合更多的先進(jìn)技術(shù)發(fā)揮其最大作用。例如，積極進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，既能節(jié)約能源，又能保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行[3]。

1 電氣工程自動(dòng)化

1.1 電氣工程自動(dòng)化內(nèi)容概述

電氣工程自動(dòng)化是1門(mén)綜合型專(zhuān)業(yè)學(xué)科，涉及計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)控制、電力電子、機(jī)電一體化以及電機(jī)電子等多種技術(shù)手段。電氣工程自動(dòng)化的相關(guān)內(nèi)容如圖1所示。

圖1 電氣工程自動(dòng)化內(nèi)容

電氣工程自動(dòng)化的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面。第一，通過(guò)設(shè)計(jì)電網(wǎng)控制模式，研制出與之相適應(yīng)的電氣設(shè)備及配電網(wǎng)，為提高設(shè)備的管理水平和設(shè)備運(yùn)行狀況打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。第二，電氣工程自動(dòng)化可以提高電源設(shè)備的使用效率，既能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制電力系統(tǒng)，又能升級(jí)改造原有的電力系統(tǒng)，采用高節(jié)能且高效率的設(shè)備降低輸電線路損耗。第三，科學(xué)設(shè)計(jì)并合理控制電氣參數(shù)，根據(jù)實(shí)際情況自動(dòng)調(diào)整，充分滿足節(jié)電要求，防止配電網(wǎng)異常時(shí)設(shè)備出現(xiàn)故障[4]。

1.2 電氣工程自動(dòng)化節(jié)能技術(shù)特征

一方面，電氣工程自動(dòng)化節(jié)能技術(shù)能夠切實(shí)提高系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)效性，在推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中有著舉足輕重的地位。將電氣工程自動(dòng)化節(jié)能技術(shù)應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐，能有效提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，降低人力投入成本，減少操作失誤出現(xiàn)的概率。電氣工程自動(dòng)化節(jié)能技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的全過(guò)程監(jiān)控，保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)電氣工程自動(dòng)化節(jié)能技術(shù)，可有效避免數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的精細(xì)管理，填補(bǔ)產(chǎn)業(yè)經(jīng)營(yíng)中的盲點(diǎn)與疏漏，降低生產(chǎn)環(huán)節(jié)發(fā)生意外的概率，充分保障員工的生命安全，檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)的異常情況并及時(shí)準(zhǔn)確反饋，為今后的工作成效奠定基礎(chǔ)。電氣工程自動(dòng)化節(jié)能技術(shù)的軟件處理過(guò)程如圖2所示。

圖2 電氣工程自動(dòng)化節(jié)能技術(shù)軟件流程

另一方面，電氣自動(dòng)化節(jié)能技術(shù)能夠優(yōu)化分配方案。在供配電系統(tǒng)中采用電氣工程自動(dòng)化節(jié)能技術(shù)，既能及時(shí)解決系統(tǒng)問(wèn)題，又能充分滿足能源節(jié)約需要。在工業(yè)生產(chǎn)中，許多敏感的機(jī)械設(shè)備都會(huì)受到影響。機(jī)器出現(xiàn)故障時(shí)會(huì)立即向工作人員發(fā)送信息，便于維修和切斷電源，防止電力系統(tǒng)受損區(qū)域擴(kuò)大，最大化保障電氣工程的良好運(yùn)行，一定程度上節(jié)約了電力，滿足了供配電系統(tǒng)的節(jié)能要求。

2 電氣工程自動(dòng)化發(fā)展現(xiàn)狀

近幾年，人們的生活水平不斷提高，電氣工程自動(dòng)化的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。隨著電氣工程自動(dòng)化的發(fā)展，人們對(duì)電氣工程自動(dòng)化的需求越來(lái)越高，也出現(xiàn)了許多問(wèn)題。在電氣工程自動(dòng)化系統(tǒng)中，各個(gè)體系沒(méi)有形成一個(gè)統(tǒng)一的體系，彼此獨(dú)立存在，削弱了其協(xié)作能力；網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致自動(dòng)化程度下降；電氣工程自動(dòng)化技術(shù)是一種高耗能技術(shù)，與節(jié)約能源和減少能源消耗的觀念相違背。

3 電氣工程自動(dòng)化節(jié)能技術(shù)

3.1 節(jié)能設(shè)計(jì)原則

電氣工程自動(dòng)化節(jié)能設(shè)計(jì)遵循以下原則。一是，安全原則。在確保電氣設(shè)備安全的前提下采用節(jié)能技術(shù)。二是，先進(jìn)原則。近幾年，我國(guó)出現(xiàn)了許多新的設(shè)備和技術(shù)，因此在節(jié)能設(shè)計(jì)中要積極引入先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)，以達(dá)到節(jié)能的目的。三是，環(huán)保原則。隨著國(guó)家越來(lái)越注重節(jié)約能源，在電氣工程自動(dòng)化設(shè)計(jì)中應(yīng)堅(jiān)持環(huán)保理念，設(shè)備、工藝以及材料的選擇做到安全環(huán)保。第四，可持續(xù)發(fā)展原則。制定科學(xué)的能源節(jié)約計(jì)劃，確定能源消費(fèi)與環(huán)境污染的指標(biāo)，達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的目的。

3.2 科學(xué)選用變壓器

變壓器由銅片、硅鋼片以及絕緣材料組成。為了達(dá)到節(jié)能目的，須合理選用變壓器，尤其需要重視變壓器的材質(zhì)，如優(yōu)先選用銅質(zhì)絕緣材料和厚度較小的硅鋼。此外，需根據(jù)實(shí)際情況確定變壓器的容量和數(shù)量，避免配置過(guò)多的變壓器。如果使用2臺(tái)或更多的變壓器時(shí)，可采用并聯(lián)的方法，確保變壓器安全，同時(shí)提高系統(tǒng)的工作效率。

3.3 使用無(wú)功補(bǔ)償裝置

電氣工程自動(dòng)化系統(tǒng)的無(wú)功功率占比重，通過(guò)輸電線路會(huì)產(chǎn)生很大損失，造成電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行和輸電質(zhì)量造成一定影響。對(duì)使用者而言，由于其功率因數(shù)偏低，造成使用者高額的電費(fèi)支出，降低了系統(tǒng)效益。在電氣工程自動(dòng)化系統(tǒng)中安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置，可提高電能質(zhì)量，保持無(wú)功功率均衡，減少能源消耗。

在采用電容補(bǔ)償時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況確定電容大小。采用集成式模糊投影技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)較大的適用范圍和準(zhǔn)確的位置，優(yōu)化補(bǔ)償效果。傳統(tǒng)的電容補(bǔ)償多采用分享式投切或按代碼配置的方法，但其節(jié)能效果并不理想。當(dāng)系統(tǒng)處于低電壓補(bǔ)償?shù)那闆r時(shí)，使用負(fù)載切換的設(shè)計(jì)。在高電壓情況下選擇真空接觸器，提高節(jié)能效果。設(shè)計(jì)投切參數(shù)時(shí)，應(yīng)綜合考慮無(wú)功倒送和投切振蕩等問(wèn)題，合理選取投切參數(shù)。無(wú)功補(bǔ)償裝置選址需遵循鄰近原則，減少線路間的無(wú)用能量傳遞，達(dá)到節(jié)能的目的。

3.4 有源濾波器的應(yīng)用

電氣工程自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用時(shí)容易產(chǎn)生諧波，影響系統(tǒng)的自動(dòng)化運(yùn)行，需采用主動(dòng)濾波技術(shù)消除諧波。與被動(dòng)濾波器相比，有源濾波器具有更好的動(dòng)態(tài)特性，可以有效濾除電網(wǎng)中的諧波，防止系統(tǒng)出現(xiàn)安全問(wèn)題。有源濾波器和無(wú)源濾波器的對(duì)比如表1所示。在條件許可的情況下，可以采用多元有源濾波器，擴(kuò)大系統(tǒng)的自動(dòng)操作范圍，使其運(yùn)行效率和節(jié)能效果達(dá)到最佳。

表1 有源濾波器與無(wú)源濾波器的對(duì)比

3.5 電源線纜和光源的科學(xué)選用

電源電纜是電氣工程自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分。在選用電源電纜時(shí)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行全面系統(tǒng)分析，保證其正常工作。目前，大部分電源電纜使用鋁和銅，雖然銅材料價(jià)格昂貴，但具有良好的經(jīng)濟(jì)性能，而鋁雖然價(jià)格低廉，但不夠節(jié)能。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合實(shí)際進(jìn)行比較和分析，從節(jié)能和安全2個(gè)方面選擇電纜。此外，照明光源除滿足日常生活需要外，還要選用能源消耗較少且照明效果較好的燈具，既能保證正常的照明效果，又能節(jié)約能源。

3.6 減少輸電損失

電線中有電阻，輸電過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生損耗。節(jié)能設(shè)計(jì)中，應(yīng)優(yōu)先考慮減少損耗。首先，合理選取輸電線路，直行排線保持不變，縮短輸電線路長(zhǎng)度。其次，優(yōu)先選用具有較大電流容量的電纜，以減少傳輸損耗。再次，應(yīng)在接近負(fù)載集中處設(shè)置變壓器，縮短線路長(zhǎng)度，減小電阻。最后，精準(zhǔn)確定輸電線路的截面面積。輸電線路的截面面積越大，電阻越小，輸電損耗越小。

4 電氣工程自動(dòng)化節(jié)能技術(shù)在電氣工程中的應(yīng)用

4.1 加強(qiáng)智能化與安全性，提升系統(tǒng)節(jié)能效率

系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)既要保證主要電器設(shè)備的安全操作，又要有效控制各種不良因素。電氣工程自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)根據(jù)操作管理者的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)和邏輯思維能力進(jìn)行有效操作和管理。由于系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)管理者對(duì)系統(tǒng)反應(yīng)速度較慢，管理系統(tǒng)不能在最短的時(shí)間內(nèi)做出準(zhǔn)確的反應(yīng)，從而影響整個(gè)系統(tǒng)的性能。隨著量子計(jì)算機(jī)與量子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，智能技術(shù)在量子電氣工程及自動(dòng)控制等方面應(yīng)用廣泛。

4.2 提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能效率

隨著工業(yè)的現(xiàn)代化，電氣工程自動(dòng)化節(jié)能技術(shù)發(fā)展迅速，促使電氣設(shè)備和動(dòng)力電器的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和軟件應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和使用面臨著諸多挑戰(zhàn)。提高系統(tǒng)工作效率是目前電氣工程自動(dòng)化系統(tǒng)面臨的重大課題，意味著企業(yè)整體管理能耗的大幅度下降。

5 結(jié) 論

電氣工程自動(dòng)化應(yīng)用日益廣泛，已深入人們的日常生產(chǎn)生活，增加了系統(tǒng)能耗，造成了部分不必要浪費(fèi)。為降低系統(tǒng)能耗，文章充分利用系統(tǒng)功能和價(jià)值，加強(qiáng)對(duì)電氣工程自動(dòng)化節(jié)能技術(shù)的認(rèn)識(shí)，并結(jié)合電氣工程自動(dòng)化的發(fā)展，提出節(jié)能減排的最佳方案，以彌補(bǔ)現(xiàn)有控制技術(shù)的缺陷，優(yōu)化系統(tǒng)，確保系統(tǒng)高質(zhì)高效運(yùn)行。