電氣工程自動(dòng)化與節(jié)能設(shè)計(jì)的應(yīng)用研究

孫武魁

[摘? ? 要]要?jiǎng)?chuàng)造美好的生活，除了發(fā)展科技之外，還需要加強(qiáng)節(jié)能環(huán)保建設(shè)。同樣，在電氣工程自動(dòng)化建設(shè)中，相關(guān)技術(shù)人員也需要加強(qiáng)節(jié)能環(huán)保的設(shè)計(jì)，為了落實(shí)電氣自動(dòng)化中的節(jié)能減排方案，需要相關(guān)技術(shù)人員對(duì)節(jié)能減排設(shè)計(jì)有一定的了解，了解其對(duì)于電氣工程長遠(yuǎn)發(fā)展的重要性，并能結(jié)合電力行業(yè)的特點(diǎn)，包括自動(dòng)化技術(shù)的相應(yīng)特點(diǎn)，制定科學(xué)有效的節(jié)能設(shè)計(jì)方案。本文就電氣工程自動(dòng)化與節(jié)能設(shè)計(jì)的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

[關(guān)鍵詞]電氣工程;自動(dòng)化;節(jié)能設(shè)計(jì);應(yīng)用

[中圖分類號(hào)]TM76 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）07–00–02

Research on Electrical Engineering Automation and Energy-saving Design

Sun Wu-kui

[Abstract]The development of science and technology is for a better life. To maintain a better life nowadays， in addition to continuing to develop science and technology， it is also necessary to strengthen the construction of environmental protection. Similarly， in electrical engineering， relevant technical personnel also need to strengthen the construction of energy saving and environmental protection. In order to implement the energy saving and emission reduction plan of electrical automation construction， the relevant technical personnel need to have a certain understanding of energy saving and emission reduction design and understand its long-term impact on electrical engineering. The importance of development， and can combine the characteristics of the current industry， including the corresponding characteristics of automation technology， to formulate a scientific and effective energy-saving design plan. This article analyzes the application of electrical engineering automation and energy-saving design.

[Keywords]electrical engineering; automation; energy-saving design; application

隨著綠色環(huán)保理念的普及，政府也出臺(tái)了相關(guān)節(jié)能減排的一系列政策、文件，對(duì)各行各業(yè)提出了節(jié)能要求。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，全球約1/6的資源消耗與電力行業(yè)直接相關(guān)，因此，針對(duì)電氣工程進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)也越來越被重視。隨著電氣工程自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，其節(jié)能技術(shù)也受到了更多的關(guān)注。

1 電氣工程及其自動(dòng)化概述

電氣工程是為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供電力能源，其裝備具有戰(zhàn)略性的產(chǎn)業(yè)，是國家工業(yè)化和生產(chǎn)自動(dòng)化的重要技術(shù)支撐。

電氣工程是現(xiàn)代科技領(lǐng)域的核心，電氣工程自動(dòng)化已成為當(dāng)前電力領(lǐng)域的重要驅(qū)動(dòng)力，其涉及到的領(lǐng)域很多，包括電力電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)，信息與網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)等。隨著我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，也對(duì)電氣工程自動(dòng)化節(jié)能減排設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入的研究。

2 節(jié)能設(shè)計(jì)在電氣工程自動(dòng)化中的基礎(chǔ)原則

2.1 安全原則

在進(jìn)行電氣工程自動(dòng)化進(jìn)行相關(guān)節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該將安全放在首要位置。只有在保證安全的前提下，提升企業(yè)的綜合實(shí)力、節(jié)約能源消耗、提高生產(chǎn)效率等才有實(shí)際的意義，節(jié)能設(shè)計(jì)才能體現(xiàn)其真正的價(jià)值。如果在追求節(jié)能的同時(shí)，帶來了不必要的安全隱患，甚至對(duì)工作人員安全造成威脅，那就得不償失了。

所以在進(jìn)行節(jié)能減排的設(shè)計(jì)時(shí)，將節(jié)能設(shè)計(jì)方案落實(shí)到電氣工程中，需要保證電氣設(shè)備能安全穩(wěn)定的運(yùn)行，同時(shí)更要保證人身安全，在設(shè)計(jì)階段就要規(guī)避安全風(fēng)險(xiǎn)。另外在電氣工程實(shí)際生產(chǎn)中要時(shí)刻貫徹“安全第一、預(yù)防為主”的方針，特別是要從管理上采取科學(xué)對(duì)策，構(gòu)建安全管理體系。

2.2 環(huán)保原則

在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)合理選擇環(huán)保型的材料，同時(shí)確保材料的安全性、可用性、經(jīng)濟(jì)性和先進(jìn)性，爭取使用更為節(jié)能環(huán)保的施工方法，減少對(duì)環(huán)境的污染。電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)應(yīng)符合國家節(jié)能減排的要求，提高能源和資源的利用率。從長遠(yuǎn)角度出發(fā)，制定電氣工程的發(fā)展規(guī)劃，深入節(jié)能減排技術(shù)的研究，實(shí)現(xiàn)電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

3 電氣工程自動(dòng)化技術(shù)中節(jié)能設(shè)計(jì)的應(yīng)用

3.1 減少傳輸過程中的電能損耗

當(dāng)前電力能源都是高電壓、長距離輸送。根據(jù)相關(guān)公式推導(dǎo)，在輸送功率和線路電阻不變的情況下，線路的損耗與線路端電壓平方成反比，線路的損耗最后都轉(zhuǎn)變成熱能揮發(fā)了。因此，為了有效減少能耗，就要合理選擇線路電阻，即對(duì)電纜橫截面和長度進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

3.2 變壓器的選擇

電氣工程中的重中之重是變壓器。變壓器的選擇要在節(jié)能的前提下參照用戶的需求進(jìn)行設(shè)計(jì)和選擇。①可以選擇節(jié)能型變壓器，有效減少在變壓器使用過程中出現(xiàn)功率的不必要消耗。②可以對(duì)電力網(wǎng)進(jìn)行升壓改造、簡化電壓等級(jí)，如將110 kV引入負(fù)荷中心，直接降壓為10 kV配電，取消35 kV電壓等級(jí)，可以降低線損。③還可以科學(xué)地對(duì)變壓器的容量和數(shù)量進(jìn)行設(shè)計(jì)。因?yàn)椴煌娏こ讨袑?shí)際運(yùn)行的電量不同，對(duì)變壓器容量要求也不同，如果變壓器容量不能滿足電力系統(tǒng)的實(shí)際需求，變壓器的壽命將會(huì)縮短，同時(shí)使用質(zhì)量也不高。如果容量過大又會(huì)造成資源的浪費(fèi)，所以要根據(jù)電力系統(tǒng)的實(shí)際需求，合理地選擇變壓器容量。

3.3 無功功率補(bǔ)償

無功補(bǔ)償在電氣工程自動(dòng)化中的應(yīng)用較為廣泛，目前也是減少電能損耗的有效方式。無功補(bǔ)償可以提升電網(wǎng)發(fā)供電能力，有效提高電能的質(zhì)量，降低損耗。其工作原理是將容性負(fù)荷裝置和感性負(fù)荷裝置在同一組電路中并聯(lián)，則可實(shí)現(xiàn)兩種負(fù)荷之間的能量交換。在這種情況下，感性負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)需要的無功功率就可以通過容性負(fù)荷輸出的無功功率實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。在這一過程中，就是將原本通過電網(wǎng)或者變壓器產(chǎn)生的無功功率，改變?yōu)橥ㄟ^交流電力電容器提供。

對(duì)于電氣設(shè)備電路而言，能量轉(zhuǎn)換一般可借助兩種容性功率轉(zhuǎn)換得以實(shí)現(xiàn)。若并聯(lián)容性負(fù)荷輸出的是無功功率，那么可有效補(bǔ)償感性負(fù)荷。通常情況下，電力系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備會(huì)安裝無功補(bǔ)償設(shè)備，實(shí)現(xiàn)能耗降低和提升輸出功率的目標(biāo)。目前無功補(bǔ)償最典型的是同步調(diào)相機(jī)、有源濾波器APF、SVC和SVG。

（1）同步調(diào)相機(jī)在早期應(yīng)用較為廣泛，除了可以對(duì)固定的無功功率進(jìn)行補(bǔ)償，還可以對(duì)變化的無功功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償。雖然直到現(xiàn)在此裝置仍被使用，但是其損耗較大，噪音較大，并且反應(yīng)速度較慢，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，維護(hù)起來不是很方便，所以此裝置還有一定的改善空間。同步調(diào)相機(jī)如圖1所示。

（2）APF的基本工作原理是通過控制PWM變流器，從變流器中產(chǎn)生一個(gè)和當(dāng)前諧波分量和無功分量對(duì)應(yīng)的反向分量并實(shí)時(shí)注入電力系統(tǒng)。相比無源濾波器，有源濾波器最主要的兩個(gè)優(yōu)勢：①它的濾波特性不受系統(tǒng)阻抗的影響，可消除與系統(tǒng)阻抗發(fā)生諧振的危險(xiǎn)。②它具有自適應(yīng)功能，可自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償變化著的諧波。現(xiàn)在關(guān)于此設(shè)備的主要難點(diǎn)是元件的過電壓以及設(shè)備的發(fā)熱處理問題。

（3）SVC無功補(bǔ)償裝置是現(xiàn)在應(yīng)用比較廣泛的裝置，但由于其自身損耗大，諧波較多，所以對(duì)其技術(shù)上的研究仍在繼續(xù)。若是能對(duì)其使用先進(jìn)的智能控制方法，就可以得到較好的補(bǔ)償性能，目前業(yè)內(nèi)人士對(duì)此話題的關(guān)注度極高。

（4）關(guān)于SVG無功補(bǔ)償裝置的應(yīng)用研究越來越廣泛，受到業(yè)內(nèi)的關(guān)注度逐漸增高。其運(yùn)用PWM技術(shù)，使其本身所產(chǎn)生的諧波含量較低，并且SVG響應(yīng)快，無功調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，對(duì)于改善電網(wǎng)的電能質(zhì)量，提高電能效率有極大的幫助。SVG無功補(bǔ)償裝置如圖2所示。

隨著科技的不斷發(fā)展，越來越多電力電子器件不斷改進(jìn)，例如GTO、晶閘管、IGBT、IGCT等，關(guān)于無功補(bǔ)償技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)越來越成熟，無功補(bǔ)償技術(shù)也會(huì)愈加先進(jìn)。將無功補(bǔ)償技術(shù)應(yīng)用于電氣工程及其自動(dòng)化中能夠全面提升電力供應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)行效率，降低電力能源損耗程度。為此，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)于無功補(bǔ)償技術(shù)的研究，并且對(duì)電氣工程自動(dòng)化技術(shù)與管理模式進(jìn)行完善，有利于凸顯無功補(bǔ)償?shù)墓?jié)能價(jià)值。

4 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)如今節(jié)能減排已經(jīng)成為了全社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)，是未來發(fā)展的重要方向。電氣工程及其自動(dòng)化技術(shù)層面的節(jié)能設(shè)計(jì)也是社會(huì)關(guān)注的重點(diǎn)對(duì)象，符合我國國情，也符合現(xiàn)在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展所堅(jiān)持的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的基本理念和要求。通過對(duì)電氣工程及其自動(dòng)化的節(jié)能設(shè)計(jì)，有助于在保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，降低資源與能源的消耗，推動(dòng)電力行業(yè)的繁榮發(fā)展。

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