电气工程自动化与节能设计的应用研究

孙武魁

[摘    要]要创造美好的生活，除了发展科技之外，还需要加强节能环保建设。同样，在电气工程自动化建设中，相关技术人员也需要加强节能环保的设计，为了落实电气自动化中的节能减排方案，需要相关技术人员对节能减排设计有一定的了解，了解其对于电气工程长远发展的重要性，并能结合电力行业的特点，包括自动化技术的相应特点，制定科学有效的节能设计方案。本文就电气工程自动化与节能设计的应用进行了研究。

[关键词]电气工程;自动化;节能设计;应用

[中图分类号]TM76 [文献标志码]A [文章编号]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

随着绿色环保理念的普及，政府也出台了相关节能减排的一系列政策、文件，对各行各业提出了节能要求。相关数据表明，全球约1/6的资源消耗与电力行业直接相关，因此，针对电气工程进行节能设计也越来越被重视。随着电气工程自动化技术的发展，其节能技术也受到了更多的关注。

1 电气工程及其自动化概述

电气工程是为国民经济发展提供电力能源，其装备具有战略性的产业，是国家工业化和生产自动化的重要技术支撑。

电气工程是现代科技领域的核心，电气工程自动化已成为当前电力领域的重要驱动力，其涉及到的领域很多，包括电力电子技术，计算机，信息与网络控制技术等。随着我国可持续发展战略的提出，也对电气工程自动化节能减排设计进行了深入的研究。

2 节能设计在电气工程自动化中的基础原则

2.1 安全原则

在进行电气工程自动化进行相关节能设计时，应该将安全放在首要位置。只有在保证安全的前提下，提升企业的综合实力、节约能源消耗、提高生产效率等才有实际的意义，節能设计才能体现其真正的价值。如果在追求节能的同时，带来了不必要的安全隐患，甚至对工作人员安全造成威胁，那就得不偿失了。

所以在进行节能减排的设计时，将节能设计方案落实到电气工程中，需要保证电气设备能安全稳定的运行，同时更要保证人身安全，在设计阶段就要规避安全风险。另外在电气工程实际生产中要时刻贯彻“安全第一、预防为主”的方针，特别是要从管理上采取科学对策，构建安全管理体系。

2.2 环保原则

在设计时，应合理选择环保型的材料，同时确保材料的安全性、可用性、经济性和先进性，争取使用更为节能环保的施工方法，减少对环境的污染。电气设备的设计应符合国家节能减排的要求，提高能源和资源的利用率。从长远角度出发，制定电气工程的发展规划，深入节能减排技术的研究，实现电力行业的可持续发展。

3 电气工程自动化技术中节能设计的应用

3.1 减少传输过程中的电能损耗

当前电力能源都是高电压、长距离输送。根据相关公式推导，在输送功率和线路电阻不变的情况下，线路的损耗与线路端电压平方成反比，线路的损耗最后都转变成热能挥发了。因此，为了有效减少能耗，就要合理选择线路电阻，即对电缆横截面和长度进行适当调整。

3.2 变压器的选择

电气工程中的重中之重是变压器。变压器的选择要在节能的前提下参照用户的需求进行设计和选择。①可以选择节能型变压器，有效减少在变压器使用过程中出现功率的不必要消耗。②可以对电力网进行升压改造、简化电压等级，如将110 kV引入负荷中心，直接降压为10 kV配电，取消35 kV电压等级，可以降低线损。③还可以科学地对变压器的容量和数量进行设计。因为不同电力工程中实际运行的电量不同，对变压器容量要求也不同，如果变压器容量不能满足电力系统的实际需求，变压器的寿命将会缩短，同时使用质量也不高。如果容量过大又会造成资源的浪费，所以要根据电力系统的实际需求，合理地选择变压器容量。

3.3 无功功率补偿

无功补偿在电气工程自动化中的应用较为广泛，目前也是减少电能损耗的有效方式。无功补偿可以提升电网发供电能力，有效提高电能的质量，降低损耗。其工作原理是将容性负荷装置和感性负荷装置在同一组电路中并联，则可实现两种负荷之间的能量交换。在这种情况下，感性负荷运转需要的无功功率就可以通过容性负荷输出的无功功率实现补偿。在这一过程中，就是将原本通过电网或者变压器产生的无功功率，改变为通过交流电力电容器提供。

对于电气设备电路而言，能量转换一般可借助两种容性功率转换得以实现。若并联容性负荷输出的是无功功率，那么可有效补偿感性负荷。通常情况下，电力系统内的设备会安装无功补偿设备，实现能耗降低和提升输出功率的目标。目前无功补偿最典型的是同步调相机、有源滤波器APF、SVC和SVG。

（1）同步调相机在早期应用较为广泛，除了可以对固定的无功功率进行补偿，还可以对变化的无功功率进行动态补偿。虽然直到现在此装置仍被使用，但是其损耗较大，噪音较大，并且反应速度较慢，结构较为复杂，维护起来不是很方便，所以此装置还有一定的改善空間。同步调相机如图1所示。

（2）APF的基本工作原理是通过控制PWM变流器，从变流器中产生一个和当前谐波分量和无功分量对应的反向分量并实时注入电力系统。相比无源滤波器，有源滤波器最主要的两个优势：①它的滤波特性不受系统阻抗的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险。②它具有自适应功能，可自动跟踪补偿变化着的谐波。现在关于此设备的主要难点是元件的过电压以及设备的发热处理问题。

（3）SVC无功补偿装置是现在应用比较广泛的装置，但由于其自身损耗大，谐波较多，所以对其技术上的研究仍在继续。若是能对其使用先进的智能控制方法，就可以得到较好的补偿性能，目前业内人士对此话题的关注度极高。

（4）关于SVG无功补偿装置的应用研究越来越广泛，受到业内的关注度逐渐增高。其运用PWM技术，使其本身所产生的谐波含量较低，并且SVG响应快，无功调节能力强，对于改善电网的电能质量，提高电能效率有极大的帮助。SVG无功补偿装置如图2所示。

随着科技的不断发展，越来越多电力电子器件不断改进，例如GTO、晶闸管、IGBT、IGCT等，关于无功补偿技术的应用将会越来越成熟，无功补偿技术也会愈加先进。将无功补偿技术应用于电气工程及其自动化中能够全面提升电力供应系统运行效率，降低电力能源损耗程度。为此，进一步加强对于无功补偿技术的研究，并且对电气工程自动化技术与管理模式进行完善，有利于凸显无功补偿的节能价值。

4 结语

综上所述，现如今节能减排已经成为了全社会关注的焦点，是未来发展的重要方向。电气工程及其自动化技术层面的节能设计也是社会关注的重点对象，符合我国国情，也符合现在社会经济发展所坚持的可持续发展战略的基本理念和要求。通过对电气工程及其自动化的节能设计，有助于在保证电力系统安全稳定运行的基础上，降低资源与能源的消耗，推动电力行业的繁荣发展。

参考文献

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