电力电气控制阀的电压节能控制分析

李兵兵

抚顺矿务局职工工学院 职业能力开发中心 辽宁 抚顺 113008

引言

电力电气控制阀的节能效果不仅受电力消耗性能的影响，也与电压密切相关，所以要对电压进行科学的控制，才能提高电力电气的总体节能水平[1]。而针对电力电气控制阀电压节能，必须采用更加优质的控制方法，实现能耗的进一步降低。要结合具体实际情况，对电力电气控制阀的电压节能方法进行突破和创新，不断提高节能水平，才能满足人们的节能要求，更好地服务于人们的生产与生活。

1 电力电气控制阀组成及运作原理

电力电气控制阀作为电力电气系统中的重要组成部分，与平台控制系统紧密相连，能够接受来自中心控制系统或现场的信号，并依据相关指令执行动作，发挥自身的功能作用。工业中大多使用DCS控制系统，对各个阀门进行点对点的控制，通过将每个阀门有机地联系到系统之中，再连接到模数转换器，然后将传来的信号转换成数字信号呈现在操作界面上，以供操作人员结合现场情况和实际需求进行操作。从功能作用的角度来说，电力电气控制阀主要分为阀体、驱动装置、电气转化三个部分[2]。阀体作为主体部分，主要负责接收中心控制的信号，依托转换器将电信号转化为气信号，再通过空气压力推动驱动装置的气动薄膜，对管线中的流体进行控制。调节阀是阀体与管线相连接的部分，能够实现对流量、压力及温度的调节。阀的定位器用来保证控制阀处于控制器指定的位置。定位器是依托压力变化来调整位置变化，以保证控制信号与阀杆位置件的平衡。在进行电力电气节能系统时，设计人员需要在充分掌握电力电气控制系统工作原理的基础上，结合具体实际情况选择阀的类型，然后围绕阀的功能和系统工艺要求设计节能方法。在此过程中，设计人员既要考虑经济成本，又要考虑阀的性能。

2 电力电气控制阀电压节能控制方法

随着用电需求的不断增加，人们节能意识日渐提升，关于电力电气节能的研究越来越多，且主要针对传统电力电气控制阀设计中存在工作电压运用不合理的情况进行改进，以减少不必要的电能浪费。当前，我国电力电气控制阀电压节能控制已实现对一些特定场景的精准判断，能够依托智能化手段来控制电路的开启和闭合，在电压节能方面取得一定进展，但仍不能满足用户日益提高的节能需求，尚未实现对电力电气控制阀电压的高质高效节能控制[3]。这主要是因为电力电气控制阀的组成形式复杂，导致在对其内部进行电压输送和控制时，常常受到各种各样的干扰，使控制信号在电压波动的影响下出现较大误差，导致电控阀在电压控制中的表达不准确，难以保证电压高质效性的传输与供给。特别是电力电气设备长期处于电压波动影响的工作状态，不仅易造成较大的能源消耗，还严重影响设备的使用寿命。基于此，必须提出先进的控制法对其进行优化[4]。当前，很多技术人员已将电控阀作为电压工作单元，并在此基础上对电力电气设备电压进行控制。在探索新方法的过程中，研究人员加强对基于多层神经网络的电压调节方法的实验，通过设计电压信号去噪模型来消除电压控制中的模糊性和波动性，有效解决了控制信号的误差问题，进一步提高电压智能管控水平，从而实现更水准的电力节能。

3 节能控制中的电力电气控制阀的电压参数设置

3.1 最优组合法的应用

要实现对电力电气控制阀电压的理想控制，应当保证控制阀的电压恒定，消除控制消耗产生的误差。但现实情况是电力电气控制阀的电压常常存在波动，各关键部分的控制信号有较大误差，对控制精度造成极大影响，极易出现能耗不断增加的情况。而为了使控制阀电压节能趋于理想化，我们需要坚持“复杂问题简单化”的原则，利用设定参数的方法解决误差问题。通过在整个系统中引入一个参数，对这个参数进行数学处理，以实现对电压波动引起的误差进行精准把握，达到对能源消耗高质量、高效率控制的目的。所选用的这个参数的数值变化需要直观地反映出电压变化以及其对系统控制所造成的影响。比如当电压波动存在异常时，利用电压与其波动率、波动幅度系数之间的关系构建数学模型，依托相关数学公式表示电压信号，实现对电压信号规律的科学描述。当电压波动较大时，仍利用上述方法对电压信号产生的误差进行统计，再根据电压波动规律检测电压波动对系统控制效果的影响，在整个电力电气控制阀内电压的控制过程中，必然涉及多组数据，这就需要采集和记录这些数据，并进行全面和局部的分析。特别是要将各个可变性控制系数的变化置于（-1，1）的区间进行归化处理，以限制电压的波动范围。然后依据假设性的方法，针对这些无规则的变化进行标准化处理，再采取最优的关联控制方法对这些参数进行调整，实现对电气控制阀存在的波动干扰进行有力控制，从而实现更好的节能效果。

3.2 寻优法的应用

在研究量化的效果时，需要设定一个量化函数，对电力控制阀的实际电压参数的合理表示，再依托解函数方程的方法寻求最优解，以实现对相关参数进行科学的设置。当出现电压波动时，通过及时准确地测量各个控制信号，并依托此量化函数关系式分析多组参数，以清晰地了解信号信噪大小和响应时间长短的关系。为了在控制期间实现有效的节能控制，还需要寻找电压波动率参数变化量的最优组合，并依据消除干扰时最优规范的要求进行调整，获取最优的节能组合值。同时为了减少电压波动对电力系统的影响，还需要制定一个合理的设定标准，用以解决电压波动带来的干扰。特别是严格按照规格要求明确这类参数的设置，并对这些参数进行最优组合，以解决最小控制阀门电压波动干扰问题，从而探寻出更加合理的控制方法。总的来说，针对电力电气控制阀电压节能控制，就是通过构建函数模型，依托数学思想进行解方程，对所涉及的参数进行最优的组合，从而确保电力系统能耗最小，实现有效节能。

4 基于多层神经网络的控制阀电压节能控制方法

电力消耗的整体性能决定电力电气控制阀门的节能性能，同时电控阀的电压又与系统的节能性能密切相关，所以，须采用科学的方法实现对电控阀电压的合理控制，才能切实达到节能的目的。基于多层神经网络的控制方法作为一种先进控制方式，更加符合电力电气控制阀电压节能控制的要求，能够依托智能化的节能调节，对控制阀的电压实施精准控制。特别是其神经网络属前馈网络的一种，非线性是控制阀内电压变化呈现的主要特征，线性是神经网络输入层和输出层呈现的主要特征。通过将输入层数据作为控制阀电压控制的参数，将输出层数据作为最优电压参数，可以实现对电力电气控制阀内电压的动态变化进行多层神经网络处理，能够有效提高电压节能控制精度。

4.1 确立研究模式

基于多层神经网络的思想方法和工作原理，可以结合实际情况，构建模型获取相应的参数。在神经网络输出层中确定最优的节能电压值时，不需要考虑因初始值设定而导致的局部电压最小的情况。在输入层实施电压相关数据的传递时，也不用考虑控制阀内电压的损耗问题，这在很大程度上解决了数据整理及计算的难度。在确立基本模型后，可以通过以下几个措施实现对电力电气控制阀内电压节能的精准控制：一是按照数据采集的结构，对控制阀电压数据进行统计，依托矩阵数学模型，掌握电压约束条件；二是将隐含层内控制阀的电压控制矩阵进行分解，并将每个分解后的部分转化成新的函数关系；三是找寻处于电压波动状态下的电力电气控制阀电压的最优输出，依据最优解递推公式简化运算过程和减少运算量。

4.2 开展仿真实验

模型的建立为实验提供理论基础，在构建具体的模型后，可以对模型的可信度和合理性进行验证，通过采用仿真实验的方式进行分析，以了解模型是否满足条件和需求，能否使电力电气控制阀内电压达到较好的节能控制效果。在实验的过程中，需要明确实验过程及方法，结合实际情况，找到最合适的实验节能控制对象。为了提高实验的说服力，证明实验方法可行，此次实验以电力系统中使用最多的大型电力设备作为实验对象，使用10V-30V电压设备作能量源，以及选用精准度较高的信号测量及采集设备，如51单片机和转换装置。为了将电压控制在合理安全的范围内，利用51单片机的核心处理器收集数据，依托转换装置转换可用电压。同时将建立好的模型考入单片机，对电压实施调控，使之在高精度的区间内进行合理变化。然后将所有的参数变化结果录入计算机，再对这些结果进行统计开展仿真实验，在仿真实验过程中，需要让电力电气控制阀始终保持正常的工作状态，不能出现中途停顿的情况。同时合理设定信号采集标准，对控制阀实际工作能耗数据进行采集，再依据计算机获取电压波动变化下参数值。待实验结束后，对优化前后的节能相应曲线进行对比分析，以了解电力电气控制阀电压节能控制成效。

4.3 分析实验结果

分析节能控制之前和节能控制之后的电力电气控制阀实际参数响应曲线可知，此模型能够直观地呈现出电力电气控制阀内电压优化前后节能特性的变化特点，能够反映出此模型在电力运行期间是否对电压实际波动性进行有效控制。若误差被控制在一个很小且合理的范围内，说明该方法可以对电力电气控制阀内电压波动情况进行有效控制；若误差不能被控制在一个较小的范围内，说明该方法不能提高电力电气控制阀节能控制效果，需要重新设计模型，调整参数。在分析实验结果时，需要注意模拟电力设备输入电流的波动范围是随着参数的变化而变化，若此时电压控制时间的波动范围较小，或是超过范围限制，电压控制参数的波动范围也没有明显变化，则说明依托该模型控制电力电气控制阀内电压的效果是理想的，从而论证出将控制误差限制在较小范围内，能够实现对电力运行中的电控阀电压波动的良好调节与控制，不会消耗过多的电能。由此可见，基于多层神经网络的电压调节与节能控制方法，可以改善电压控制过程中存在的准确度低的缺点，能够借助预设误差范围的方式，将可能的误差和计算误差控制在较小的范围内，通过依托智能化的手段对电压进行调节，从而达到降低能耗，提高节能水平的目的。总的来说，若电力设备的控时参数状态良好，那么就能得到理想的控制成效。特别是通过对系统控制优化前后的能耗、热量排放、废气排放及用电对比结果进行全面和局部的分析，通过波动电压控制模型进行电力电气控制阀输入电压的控制，能够将参数控制在合理的范围内，减少误差对能耗带来的直观影响，能够更好地解决电力电气控制阀电压节能控制效果不理想的问题。

电力电气控制阀电压节能控制作为提高电力电气系统整体节能水平的一个重要环节，针对其开展的实验研究越来越多。文章提出一种基于多层神经网络的电压调节和控制方法，通过设定相关参数，控制电压波动范围，然后再依托智能化手段实现电压强度的精准控制，能够达到较为理想的节能目的。随着智能技术的进一步发展，对于电力电气控制阀电压节能控制的研究成果也会取得更多的突破性进展，势必会将我国电力电气事业发展推向更高的层次。