电气工程自动化的供配电节能控制方法

2023-05-17烟台建筑设计有限公司垦利区分公司崔宗海

电力设备管理 2023年3期

烟台建筑设计有限公司垦利区分公司崔宗海

1 引言

电气工程自动化技术作为一门综合类学科，其中设计机电一体化、电机、电子以及网络信息控制技术，能够实现多技术融合，对软硬件和强弱电进行有机融合，提升机械设备控制水平等。为了实现供配电技能控制系统，积极做好电气工程自动化的供配电技能系统改造，达到良好的社会效益与环境效益。

2 电气工程自动化系统的组成结构

电气工程自动化系统是以中央控制器、现场控制设备及其他辅助设备的支持，发挥设备的各项功能。电气工程自动化系统中的重要组成部分就包括中央控制单元和现场控制单元。

2.1 中央控制单元

以机械设备的电气工程自动化系统为例，中央控制单元中的各项设备采用一级控制器运行模式，需要通过ARCNET网络和以太网络两个层面进行分析。中央控制单元的设备负责系统自动化程序调度与协调，满足电气工程自动化系统的子程序控制需求。机械设备电气工程自动化系统中的中央控制器融合了微型计算机的大部分执行功能，通过CPU处理器以及辅助元件的支持，能够实现自动化接口转换处理，此外，这种类型控制设备还能够实现多级供配电衔接。由于中央控制单元的设备和后备电源的设施，能够帮助电气工程自动化系统在面临特殊情况时，可以通过后备电源完成系统运行。常见中央控制器的性能见表1。

表1 常见中央控制器性能

2.2 现场控制单元

机械设备的电气工程自动化系统中包括现场控制单元，主要由多个控制设备组成，能够实现子系统主机的智能化控制，并且将中央控制器相连，实现配电技能数据的随机存储。如果系统一级控制器发生故障，可以通过二级控制器维持正常运行，满足供配电节能的信息化共享功能。电气工程自动化系统的现场控制单元中包括随机存取设备、ROM以及CPU等，在电气自动化系统运行时，现场控制单元中的设备和元件可以有效发挥程序的共享功能。为此，还需要为现场控制设备配置提供完善的备用电源模块，当机械设备运行时，中央控制器和现场控制设备同步工作，构成独立的供配电调节系统。

2.3 电气工程自动化特点

机械设备的电气工程自动化系统在实际应用中，通常分为地上和地下两个部分。地上部分包含处理器和机床等复杂的功能结构，能够对机械设备运行情况精准记录，同时在传输渠道的驱动下，将机械设备运行情况传输到相应的设备体系中[1-3]。地下部分由大量的连接线路构成，通常情况下存在某个机械设备节点间，信息由一个设备传输到另外的设备。这一结构也决定了电气工程自动化设备不仅可以实现节能降耗，还能发挥灵活布局和高效处置的效果。

3 供配电节能控制方式与实现

结合先进的控制算法对电气工程自动化供配电系统进行节能控制设计，合理设定控制原则，实现自动化控制节能目标。该方法得以实现取决于两个基本条件：首先，自动化设备的响应时间明显优于人工控制，充分发挥调节供配电系统的节能运行优势；其次，电气工程自动化控制系统响应敏感度应显著高于人工控制方式，通过合理设定控制参数阈值，在传感器处于传输状态的阈值范围内，自动激活设备，将灵敏度控制在1%以上，具体控制实现方法如下。

3.1 电气自动化工程供配电节能控制参数

为了有效实现自动化控制功能，供配电自动运行系统能够遵循安全可靠原则，并对供配电系统进行节能特性参数设计。具体参数遵循能耗优先方式进行设计，并将控制实际与系统自动化控制系数进行联合，构建全新的指令模型。假设V0为电气工程自动化控制最小系数，Vn表示机械设备电气自动化权限量。可以得出电气工程自动化控制系统的现场控制单元连接指令如式（1）所示：

式（1）中，X为电气工程自动化系统一级控制器调节系数；X为电气工程自动化系统二级控制器调节系数；H为电气工程自动化系统一级控制器节能控制指标；h为电气工程自动化系统二级控制器节能控制指标；c为机械设备电气自动化执行权限量；ΔM为单位时间机械设备电气工程调试量；由于c和ΔM均为固定常量，因此与供配电的节能控制设备有着直接关系；V0和Vn以及n、x同样为系统常量，与供配电系统的设备选择和实现方式有着直接关系，同时是实现节能设计的主要目标；H和h为自动化控制系统的目标参数阈值，应结合具体节能需求进行设定。

当完成连接指令和函数确定后，通过对连接条件进行设定，确定节能系统的原则与动作关系，在电气工程自动化设备能耗负载第1 次从上到下跨越阈值范围时，自动化系统会启动节能判定，并且降低供配电系统的节点能耗，以此来实现电气工程自动化系统耗电量的整体控制效果，达到预期的节能降耗目标。在实际阈值确定方案中，需要针对实际情况进行动态计算，保证阈值的设定符合节能标准。具体设定计算如式（2）所示：

式（2）中，f为电气工程自动化终端设备供配电的节能系数；P为电气工程自动化控制设备能耗要求；B为连接指令函数值；ln为第n个节能控制设备能耗；S0为电气工程自动化设备节能最小调节系数；Sn为电气工程自动化设备节能最大调节系数。

通过电气工程自动化控制系统的功能模型设计，实现对整个控制系统节能设备的阈值精准计算，同时构建动态化的节能标准体系，设定科学的节能触发控制条件，构建灵活的电气工程自动化节能控制系统。

3.2 供配电节能平台的选择和构建

在电气工程自动化系统的供配电节能平台设计中，首先应明确供配电技能控制的整体需求，利用自动化系统作为上位主机，引入EPS 当作节能控制的设备端，构建多线程数据搜集系统，实现高低压配电柜数据交换互联，对电气工程自动化系统供配电进行科学控制，设置互通双线，构建直流屏和上位机互通效果，为可视化显示功能提供支持，保障上位机系统稳定运行。系统作为可视化功能的重要组成部分，为了提高上位机的安全性与可靠性，应在系统内部设置独立的UPS 电源，通过备用电源的设置，此种设计的逻辑在于收集端与计算端的分列，采取有线传输方式，对信号进行收集与传输，这种方式在设计上可以表现出以下几种优势。

一是实现上位机系统的单独运行，不管是能源供给还是信号输出，有效避免设备受到信号互不干扰，形成独立运行态势，保障数据处理有效性与安全性。二是不同的设备端设置独立的传感器，对设备的运行数据进行及时获取，确保数据真实性与有效性，客观层面降低上位机的运算量，允许上位机采用更低配置来保障系统的可靠性。三是设备端分离方式设置能够提高节能控制设备的分布式接入效果，在设备生产环节中，不需要进行特殊的降耗处理，实现短暂的上位机断开信号时并不会对供配电系统和其他单元造成影响，满足高效节能控制需求，同时系统还进行了接口简单的拓展，降低后续维护和更新成本。

3.3 上位机的实现

在电气工程自动化系统中，供配电节能管理系统的设备末端节能采用直接控制方式，可以有效实现技能控制效果，利用微处理器对I/O 口的输出信号进行科学调试，在实际运行中，具体工作流程是结合数据串口获取设备端回传的数据信息，同时对接收的数据进行反馈处理，通常情况下在整个节能控制环节，供配电继电器和接触器应保持兼容相连的状态。考虑供配电节能上位机的实效性，控制功能系统应该具备特殊的用电系统、照明系统、办公设备以及分散式空调等部分组成，不同的功能设备和软件在设计环节应严格遵循建筑机械设备的电气工程自动化节能要求，对实际需求进行测量编译。

在上位机的节能系统设计中，整个系统划分成三个部分设计：一是结合末端节能控制传输出来的数据为基础，对相关数据作出精确判断，结合各类数据进行三项输出，利用I/O 口输出信号作为可视化系统备案。其他两相输出作为继电器和接触器的动作指令。二是需要对动作指令采取兼容性相连方式，对供配电系统节能过程设置运转调节模式，构建有效兼容局势。三是根据工程项目的电气自动化指令要求，对上位机进行调试能够为其他软件的调用和连接提供支持。

4 供配电节能控制成效与应用要点

结合机械设备电气工程自动化系统的供配电节能设计，实现良好的供配电设备节能改造效果，提高节能控制方法的有效性。在实际改造中通过对节能指标的分析与测量，明确供配电节能控制系统的应用成效，并提出实际应用要点，保障供配电技能控制系统的全面推广与应用。

4.1 应用成效

为了分析供配电节能控制成效，通过合理设置3个变量参数指标，分析供配电系统节能运行的指标情况。保障主机设备生产效率不受影响的基础上，对IPU指标进行考察[4]，其中以该指标作为生产设备运行能耗成本的重要指标，对节能性能进行综合评价，其中IPU 指标越低，表面系统技能控制效果越理想，不同节能控制目标中节能成效见表2。

表2 不同节能控制目标中节能成效

由表2可知，控制目标0作为任何节能操作与管理的效果对比空白组。从节能成效来看，无论选择自动化控制或人为控制，都能够满足一定的节能目标，在20%控制目标下，人工控制能耗下降9.46%，自动化控制下降14.59%，显然自动化控制节能效果更好。

4.2 应用要点

在供配电节能控制系统的实际应用中，虽然节能效果良好，但是在实际应用中也存在一定缺陷，仍然需要在后续实践应用中不断优化升级，具体包括：一是系统节能控制需要多个要素协调配合，实际经营中企业除了构建高效节能的供配电体系以外，还要配备完善的设备能耗调控系统和流程能耗分析系统，对电气节能技术进行优化。二是企业在机械设备应用时要重视节能设备，机械设备节能不仅可以创造更高的经济价值，同时也具备社会价值和环保价值，实现企业、社会和环境多方共赢。