葉體俊

（國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 211106）

0 引 言

由于配電設(shè)備廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)中，當(dāng)開關(guān)電源運(yùn)行時(shí)，會(huì)在電網(wǎng)中形成大量的諧波電流。稍有疏忽，很可能會(huì)影響互聯(lián)網(wǎng)整體安全運(yùn)行，消耗大量電能。因此，在電力工程項(xiàng)目中，要明確提出相應(yīng)的對(duì)策，合理增強(qiáng)電力工程項(xiàng)目的穩(wěn)定性，提高安全系數(shù)，從而完成工業(yè)生產(chǎn)和能源工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 電力自動(dòng)化節(jié)能設(shè)計(jì)研究

1.1 科學(xué)選用變壓器

首先，在實(shí)際操作中，相關(guān)人員應(yīng)使用節(jié)能變壓器，合理控制用電量。這種設(shè)施在具體工作中的使用既可以防止負(fù)荷不平衡，又可以合理化變壓器的損耗。另外，要注意減少發(fā)電對(duì)開關(guān)電源的危害。正確應(yīng)用單相電力自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)械設(shè)備，可以減輕變壓器負(fù)荷，保護(hù)供電系統(tǒng)。隨著新能源的普及，電氣自動(dòng)化項(xiàng)目的電源元器件價(jià)格越來越高，如何將新能源接入，保障用電安全穩(wěn)定是主要任務(wù)[1]。如太陽能、風(fēng)能等新能源發(fā)電，其工作方式很大程度上取決于天氣，發(fā)電質(zhì)量與天氣狀況直接相關(guān)。例如，當(dāng)能源需求快速增長時(shí)，當(dāng)?shù)氐奶鞖鈼l件無法支撐如此大的能源消耗，導(dǎo)致停電或不平衡供電，從而造成更嚴(yán)重的事故。如果整個(gè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)能源的需求突然下降，并且如果不采取相應(yīng)的對(duì)策，那么新能源產(chǎn)生的電能就會(huì)過剩，并以其他形式釋放，造成嚴(yán)重的浪費(fèi)。變壓器應(yīng)設(shè)計(jì)單相補(bǔ)償裝置，有效保證了三相電流的平衡流動(dòng)，從而降低了變壓器本身的損耗。另外，可以將三相、單相用電設(shè)備連接起來，以有效避免負(fù)載不平衡的問題，達(dá)到控制變壓器功率損耗。變壓器的科學(xué)性和數(shù)量也很重要，判斷變壓器的容量不能滿足系統(tǒng)運(yùn)行的電力需求，會(huì)導(dǎo)致變壓器壽命對(duì)輸電質(zhì)量產(chǎn)生影響。如果變壓器的容量大于系統(tǒng)運(yùn)行的電力需求，就會(huì)造成資源的浪費(fèi)，不利于節(jié)能的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

相應(yīng)地，在選擇變壓器時(shí)，嚴(yán)格按照實(shí)際變壓器的功率來選擇。例如，可以選擇直流/直流（Direct Current/Direct Current，DC/DC）變換器，在當(dāng)前的照明系統(tǒng)中，DC/DC變換器主要采用單向工作模式。對(duì)于該變換器而言，主要受功率傳輸二極管的影響，只能采用單向流動(dòng)，這實(shí)際對(duì)能量的反向流通是一種制約，導(dǎo)致該變換器無法適用于能量雙向流動(dòng)的場合[2]。在節(jié)能照明系統(tǒng)中，若保留了原來的單向DC/DC變換器，有效借助反并聯(lián)的形式將DC/DC變換器B和變換器A搭建起來，但過多的器件容易增加照明系統(tǒng)電路的復(fù)雜程度。因此，可以借助雙向DC/DC變換器有效代替2個(gè)單向DC/DC變換器，有效滿足能量雙向流動(dòng)需求，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 雙向DC-DC變換器功能結(jié)構(gòu)

圖1中：I1和I2表示流動(dòng)電流；能量流動(dòng)端口用W1和W2表示。這種變換器在不改變高、低兩側(cè)極性的基礎(chǔ)上，僅改變其電流方向便可以滿足能量雙向傳輸需求，有效提高了系統(tǒng)閉環(huán)動(dòng)態(tài)響應(yīng)，對(duì)處理用電數(shù)據(jù)具有重要作用。

1.2 加強(qiáng)線纜設(shè)計(jì)

電力電纜是電力系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，也是工程建設(shè)成本的大部分，而且后期維護(hù)需要投入更多的經(jīng)濟(jì)資金。因此，要求在電力電纜設(shè)計(jì)過程中綜合考慮各種影響因素，重點(diǎn)關(guān)注線纜本身的強(qiáng)度以及橫截面的尺寸等，以此來保證其既能夠有效滿足使用要求，還能夠切實(shí)有效地降低所需要投入的經(jīng)濟(jì)成本，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)[3]。就現(xiàn)階段來講，因?yàn)槭艿郊夹g(shù)和成本等多方面的限制，所以電氣自動(dòng)化工程中的線纜材料普遍是銅、鋁或者鋼材。對(duì)于技術(shù)工作者來講，成本是需要重點(diǎn)考量的因素，但是電纜的節(jié)能和安全效果也不容忽視。鋼纜的節(jié)能性和安全性明顯高于鋁纜，而銅纜的節(jié)能性和適應(yīng)性更好，其投資的經(jīng)濟(jì)成本也會(huì)增加。因此，在具體的應(yīng)用過程中，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行科學(xué)的選擇，以提高電纜設(shè)計(jì)的節(jié)能效果。

1.3 無功補(bǔ)償設(shè)備的設(shè)計(jì)

在傳輸過程中，配電系統(tǒng)會(huì)造成嚴(yán)重的能耗問題，同時(shí)會(huì)形成大量的無功功率。因此，相關(guān)人員需要進(jìn)行相應(yīng)的電壓控制，以避免運(yùn)行過程中無功功率的發(fā)生。在配電系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中，大部分電氣設(shè)備在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中都是根據(jù)電磁感應(yīng)原理設(shè)計(jì)。在運(yùn)行狀態(tài)下，將會(huì)構(gòu)建對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)磁場，同時(shí)確保旋轉(zhuǎn)磁場穩(wěn)定性，由此轉(zhuǎn)子才可以在穩(wěn)步轉(zhuǎn)動(dòng)情況下實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁場通過具有的電能構(gòu)建對(duì)應(yīng)無功功率實(shí)現(xiàn)。無功補(bǔ)償配電系統(tǒng)主要由3部分構(gòu)成，即用電電力負(fù)荷、配輸電線路、升降變壓器。變壓器在實(shí)際運(yùn)行過程中為了可以獲得對(duì)應(yīng)電壓，也就需要開展無功功率[4]。因此，變壓器在運(yùn)行中若缺少無功功率作為保證，也無法完成變壓操作。如果得不到有效控制，則會(huì)對(duì)電網(wǎng)的正常運(yùn)行和后續(xù)管理產(chǎn)生重大負(fù)面影響。就客觀研究而言，無功功率是功率因數(shù)下降的關(guān)鍵原因。同時(shí)，確定了投切參數(shù)，從而有效避免了無功倒沖和潛在沖擊等問題。

1.4 降低電能傳輸過程中的消耗

在電能傳輸過程中，由于導(dǎo)線內(nèi)部勵(lì)磁電阻的約束，不可避免地會(huì)出現(xiàn)電能損耗超過一定傳輸功率的波動(dòng)現(xiàn)象。但是，線上和線下的電流總是穩(wěn)定的。如果要妥善處理一部分被浪費(fèi)的線路功率資源，就需要技術(shù)人員適當(dāng)控制導(dǎo)線本身及其所承載電阻的放大和縮小。一是保證整個(gè)導(dǎo)線線路布置的安全科學(xué)性，主動(dòng)引導(dǎo)規(guī)避交通彎路和控制回頭路人在走過導(dǎo)線時(shí)的行為，使得整個(gè)導(dǎo)線實(shí)際長度電阻得到最大最小范圍的降低。二是選取較低電阻和頻率不高的靜電材料合并制作電路所需的靜電導(dǎo)線。三是相同電阻條件綜合作用下，可以分別選取一些導(dǎo)線橫面和截面垂直面積較大的電阻導(dǎo)線，使得這些導(dǎo)線自身上的電阻系數(shù)得以實(shí)時(shí)同步減少。四是后期設(shè)置電力變壓器和電力負(fù)荷轉(zhuǎn)換中心點(diǎn)時(shí)，盡量不要設(shè)置太遠(yuǎn)的距離，這樣后期系統(tǒng)的供電運(yùn)行速度會(huì)大大提高，也可有效遏制不必要的用電量增加。

1.5 加強(qiáng)照明設(shè)備節(jié)能設(shè)計(jì)

在國內(nèi)的電力消耗中，照明設(shè)備的耗電量相對(duì)較高。無論是生活用電還是工業(yè)用電，照明設(shè)備的使用量非常巨大。采用節(jié)能型照明設(shè)備，可以在某種程度上減少能源消耗，并在一定程度上大幅降低能耗，提升電力系統(tǒng)整體的節(jié)能效率。

2 電力大數(shù)據(jù)分析處理

一般來說，當(dāng)電力數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，曲線具有平滑的特點(diǎn)，相鄰時(shí)間點(diǎn)的電力負(fù)荷變化率較小。根據(jù)這一特點(diǎn)，采用均值處理的方法填補(bǔ)單點(diǎn)的數(shù)據(jù)缺失值，將前一個(gè)時(shí)間點(diǎn)和下一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的功率預(yù)測值相加，得到的平均值作為該時(shí)間點(diǎn)的預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。在電氣設(shè)備運(yùn)行環(huán)節(jié)，諧波的出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致電壓產(chǎn)生不穩(wěn)定波動(dòng)，進(jìn)而對(duì)相關(guān)的電網(wǎng)儀器產(chǎn)生損害。諧波的產(chǎn)生無可避免，因此為有效改善這一問題，減少電能過度消耗與產(chǎn)生的損失，工業(yè)生產(chǎn)中已有大量企業(yè)開始使用有源濾波器，優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行速度快、濾波性能更優(yōu)。與無源濾波器相比，雖然有源濾波器有著相對(duì)偏高的造價(jià)，但可以更徹底地清除濾波。同時(shí)，由于其有著更快的工作速度和更好的節(jié)能性能，能夠在輸送電能時(shí)減少諧波對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的危害，保障其安全穩(wěn)定運(yùn)行。

在檢索得到的電力數(shù)據(jù)中，容易存在重復(fù)、斷開和缺失的電力數(shù)據(jù)。對(duì)此，需要針對(duì)性開展數(shù)據(jù)清洗工作，完成清洗后對(duì)其開展標(biāo)準(zhǔn)化處理。這種處理方式得到的是一個(gè)或多個(gè)不同屬性的電力數(shù)據(jù)預(yù)測結(jié)果[5]。在檢索的過程中，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)存在缺失值，但為了高效反饋電力數(shù)據(jù)的預(yù)測效果需求，需要對(duì)預(yù)測數(shù)據(jù)開展清洗工作，同時(shí)要填補(bǔ)缺失值。通常情況下，當(dāng)電力數(shù)據(jù)產(chǎn)生變化時(shí)，曲線容易出現(xiàn)平滑性，此時(shí)相連時(shí)刻點(diǎn)的電力負(fù)荷所表現(xiàn)出來的變化率幅度較小，借助這一特征，數(shù)據(jù)缺失值的填補(bǔ)可以采用均值法處理，所得到的均值便是時(shí)刻點(diǎn)預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，計(jì)算公式為

式中：t+1表示后一時(shí)刻點(diǎn)；t-1表示前一時(shí)刻點(diǎn)；ct表示t時(shí)刻數(shù)據(jù)填補(bǔ)值；ct-1和ct+1表示不同時(shí)刻點(diǎn)下的預(yù)測電力值。對(duì)于填補(bǔ)數(shù)據(jù)而言，可能還會(huì)受電力接發(fā)以及位置等影響，導(dǎo)致尺度存在不一現(xiàn)象。對(duì)此，標(biāo)準(zhǔn)化處理填補(bǔ)值的過程中需統(tǒng)一量綱，規(guī)避數(shù)值范圍大的數(shù)據(jù)淹沒小的數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)歸一化中，可將其歸一化到[0，1]，其計(jì)算公式為

式中：xmax和xmin分別表示數(shù)據(jù)序列最大值和最小值；xi表示填補(bǔ)后的待歸一化預(yù)測數(shù)據(jù)；表示歸一化后的結(jié)果。結(jié)合結(jié)果對(duì)預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行重新定義，有效滿足預(yù)測數(shù)據(jù)的完整度，強(qiáng)化結(jié)果可靠性，便能實(shí)現(xiàn)電力大數(shù)據(jù)分析技術(shù)。

電氣設(shè)備運(yùn)行時(shí)，由于諧波的存在，容易對(duì)電壓造成不穩(wěn)定波動(dòng)現(xiàn)象，進(jìn)而對(duì)電網(wǎng)儀器產(chǎn)生損害。由于諧波很難避免，但為了改善該問題，有效減少電能損失，工業(yè)中通常會(huì)使用有源濾波器，這種有源濾波器的優(yōu)點(diǎn)主要以運(yùn)行速度快和濾波性能優(yōu)等為主，和無源相比雖然造價(jià)偏高，但能夠有效清除濾波，在輸電過程中具有重要作用，可以保障安全，滿足穩(wěn)定輸送的需求。

3 結(jié) 論

近年來，中國的能源消耗問題越來越嚴(yán)重，需求非常大。在這種情況下，應(yīng)該選擇節(jié)能環(huán)保的方式，保證電能的有效利用。在電力工程項(xiàng)目中，電氣設(shè)計(jì)的技術(shù)方面應(yīng)由科研確定，遵循電氣設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，重視節(jié)能環(huán)保，有效優(yōu)化資源利用。