浅谈电气节能管理系统的方案设计

2018-02-14徐斯

时代农机 2018年12期

徐斯

（湖南机电职业技术学院，湖南长沙 410151）

在我国经济不断发展的情况下，使得企业的生产规模持续扩大，并加剧了市场的竞争，在这种情况下，怎样减少维护配电网的费用并降低运行期间产生的损耗得到了企业广泛的重视。从相关统计结果可知，现阶段，我国每年在变压器、并联电容器以及断路器上消耗的电量超过了1500 亿kwh，此消耗量基本与电力系统总的发电量持平。所以对于用电需求量大且需要高质量电能的企业来说，当前急需解决的问题就是如何减少配电设备的电能损耗。

图1 电气节能管理系统方案设计

1 电气节能管理系统的构成

在电气节能管理系统中，主要包括三部分子系统，即无功优化系统、检修计划系统以及变压器经济运行系统，图1所显示的就是该系统的具体方案。同时该系统主要采取的模式为集中优化、分散控制，其性能指标与特征主要有以下几点：

1.1 压器经济运行子系统

（1）为了对变压器的投切次数进行预计，笔者将短期负荷预测引入了其中。对于变压器经济运行来说，它属于一个涵盖诸多阶段的决策性问题，假如其运行仅仅依靠负荷波动变化来实现，往往会导致个别变压器出现频繁投切的情况，致使变压器内各侧断路器的使用寿命减少，进而使得企业在设备上的投资不断增加，从而影响到节能目标的实现。所以通过将短期负荷预测引入其中，借助每日预测绘制的负荷曲线，对变压器的投切次数进行预计，能够准确的判断出其投切次数是否在限定的范围之内，进而有效的解决上述问题。

（2）借助动态规划法对变压器经济运行的模式与投切时机进行选取。假如在短期负荷预测之后，发现变压器的投切次数在限定范围之内，那么就需要选择符合当前负荷波动变化规律的经济运行方式；假如投切次数在限定范围之外，那么就需要借助动态规划法对变压器经济运行的方式进行选取，并以此来判断变压器投切的最佳时机。

1.2 无功优化子系统

（1）使配电网全局实现无功优化。作为一个复杂的非线性问题，配电网无功优化的处理方法有很多，但是对于传统的优化算法来说，并没有对配电网固有的属性进行全面考虑，进而降低了计算的效率及精度。通过为配电网特性所设计的改进遗传算法，能使全局搜索的效率及能力得到提升。

（2）对计算期间影响电网安全运行的约束条件进行优化，在计算目标函数时引入无功补偿装置的损耗以及年度运行的维护费用，这样不仅能够避免为了减少电网的有功损耗而不断调整电网的运行状态，使系统更加安全稳定，同时也能够延长设备的使用寿命。

（3）对运行模式进行灵活的设置。可以将系统设置成以下三种模式：①开环建议模式；②开环不建议模式；③闭环模式。第一种模式指的是，系统在将优化控制的建议命令发出之后，监控人员根据此命令执行相应的人工控制；第二种模式指的是，系统不将优化控制的建议命令发出；第三种模式指的是，系统直接将优化控制设备的命令发出，不必对人工执行命令的过程进行干预。对于所有的控制设备来说，基本都具有运行状态、检修状态、故障状态、热备用状态四种状态。如果运行状态下的控制设备想要切实的参与到优化过程中，那么必须要设置成开环建议模式或者闭环模式。

1.3 检修计划子系统

通过对检修计划的制定，不仅能够防止重要设备发生故障，而且还可以减少检修期间多余的环节，进而使配电网更加经济可靠。作为一个包含多个目标与多个约束条件的非线性规划问题，检修计划的优化方案可以通过改进遗传算法对检修计划模型进行求解来制定。

2 变压器经济运行子系统

针对长时间处于运行状态的变压器，需要同时对它的经济性与安全性进行考虑，使变压器经济运行方案能够动态的对变压器的负荷状况进行检测，并且利用理论计算与分析，为变压器组合出最合适的运行方式，进而实现节能降耗。变压器经济运行主要指的是，基于变压器实现了安全运行并输出了相同电量，借助当前设备以及固有的资金，为变压器择优选取最适合的运行方式，并调整其负载形式等，进而使变压器的电能损耗量达到最低，并有效提升功率因数。从相关统计数据可以看出，当前我国电网变压器的总损耗量在发电量中所占的比重达到了2%～3%，而且配电变压器的电能损耗更大，在额定容量中所占比重达3%～4%。现阶段，对于那些损耗不高的变压器来说，其最高效率基本能够保持在99%以上，而且许多小型变压器的效率同样超过了97%。所以通过对变压器经济运行水平的优化提升，能够有效的使变压器的损耗减少，进而实现配电网的节能降耗。

3 配电网全局无功优化管理子系统

对于配电网的无功优化而言，它是基于当前的综合自动化，并在确保配电网实现了安全可靠的运行之后，按照相应的负荷水平，对配电网内现有的无功补偿设备进行控制，并对其中的无功功率进行合理调整，进而使配电网各节点的电压能够达到相应的安全约束标准，并降低配电网的有功损耗，减少在补偿设备方面所耗费的资金。相对而言，配电网的发电机数量不多，因此其无功出力与机端电压的调整基本不会影响到系统的正常运行，但由于配电网整体规模比较大，大部分负荷与网络原件均需要对无功功率进行消耗，假如这部分无功功率都由远端的发电机传输，势必会导致电网的损耗加大，因此这种方式不够科学合理。所以为了避免这种情况，可以将无功补偿装置安装到无功功率消耗比较大的位置上，让补偿装置将相应的无功功率输送到负荷当中，这也就是我们所说的无功补偿。

基于配电网当前的调度自动化，通过控制调节无功补偿装置的补偿容量与有载变压器分接头的位置，借助远程控制与就地操作相结合的方式，确保同一种控制方式能够在同一时刻达到既定的效果。对于各局部优化子系统而言，在对局部最优控制策略进行求解时，需要将所在区域电网的最优控制当作决策目标，在调度中心运行全局无功优化管理，并按照规定的间隔时间或者负荷变化状况，对全局优化触发并执行一次，同时优化管理配电网运行期间发生的电压与功率因数，以此来制定优化决策以及相应的控制命令，确保电网各节点的电压能够达标，并与超短期负荷预测的结果相结合，实行动态控制或制定相应的调整策略，优化控制全网的无功配置，使全网无功潮流的流向达到最佳，进而降低无功补偿的用量，并尽量减少有载变压器分接档位的运行次数。已经完成调度自动化的变电站需要采取先开环后闭环的运行方式，以此来缓解调度所值班人员的工作压力。

4 配电网检修计划管理子系统

制定检修计划时，需要以检修周期为依据，并与设备当前的运行状态相结合来进行。在社会生产力不断发展、科技不断进步的情况下，设备的检修方式也会出现相应的变化。在第一次产业革命时，检修方式主要是故障检修；而到了第二次产业革命时，检修方式已经演变成了预防性检修。对于故障检修而言，其判断依据是设备发生的功能性故障，当设备出现此类故障并影响到正常运行的情况下，不得不进行检修，此类检修主要是为了对故障进行消除。但是该检修方式不仅需要花费高昂的维护费用，同时还会给设备以及工作人员的安全带来巨大的威胁；对于预防性检修而言，其判断依据是设备当前的工作情况，通过检测设备的工作状态，对其健康状况进行诊断，进而判断设备需不需要检修或者检修的最佳时机。此检修方式主要是为了延长设备的运行时间，使设备的可靠性与可用系数得到提升，减少检修成本，提高设备的运行水平，并使经济效益不断增加。

检修计划管理指的是，基于设备当前的运行状态、存在的不足以及用户对于电量的需求，提前计划检修设备时停电的时长。根据不同的检修时间，检修计划可以被划分成日计划、周计划等。对于日计划与周计划来说，由于其检修时间短，且存在诸多的不确定性，所以不适用于优化安排，而由于月检修计划的周期相对比较长，因此可以进行优化安排，同时还可以在此基础上进行人工计划。供电系统调度部门在安排本辖区内设备的检修时间时，需要以上级调度部门当月制定的检修计划、负荷预测结果以及各个下属供电部门提交的检修计划与年检修计划在当月的执行情况为依据，并使其变为检修月计划。对于检修计划管理子系统而言，它主要具有两大作用。

4.1 提升配电网运行的可靠性

由于电力工业可同时生产与消费电能，而电力设备的检修往往能够决定电力系统的运行是否可靠。制定检修计划的主要目的在于使设备始终处于正常的工作环境中。在计划的指导下进行检修，可以及时的将内部安全隐患找出来，避免该问题不断扩大，进而使得设备发生故障的间隔时间得到延长。如此一来，可以及时发现并解决设备故障，避免出现由于临时检修设备故障而导致停电的情况发生，进而使电力系统的运行更加安全可靠。

4.2 减少检修停电电量，增强企业的生产能力

通过检修计划，能够给电力企业带来以下两个影响：一是为了确保供电的可靠性，供电部门往往需要投入大量的检修资金；二是一旦发生停电，往往会给用户带来巨大的损失。检修计划的实行，不仅能够使停电管理得到统一，同时还可以优化与合并各专业停电计划，也就是说，通过检修计划，能够更好的检修、改造以及解决输电、配电与变电期间存在的隐患，促进综合检修的顺利进行，尽可能地减少重复停电的情况。同时基于“应修必修，修必修好”的检修工作原则，能够使故障停电得到更好的控制，防止出现临时检修的情况，进而使经济损失降到最低。