电气工程及其自动化供配电系统节能控制分析

引言

供配电系统是能源传输与分配的核心环节，广泛服务于工业生产、居民生活等领域。传统供配电系统存在变压器损耗大、线路能耗高、无功功率浪费等问题，加之负荷波动频繁、设备控制粗放，导致整体能源利用率偏低。随着全球能源短缺与环保需求加剧，降低供配电系统能耗、提升运行效率成为行业发展的迫切需求，而电气工程及其自动化技术的成熟，为实现供配电系统智能化、节能化管控提供了关键支撑。

一、供配电系统能耗特征与节能需求

1.1 系统能耗构成

供配电系统的能耗主要集中在三个关键环节，各环节损耗相互关联，共同影响系统整体能源利用效率。变压器损耗是系统能耗的重要组成部分，变压器在实现电压变换以满足不同用电场景需求时，会因铁芯磁滞、涡流效应产生铁损，同时绕组电阻会在电流通过时产生铜损，这些损耗随变压器运行时间与负载变化持续存在。线路损耗则源于供配电线路的电阻特性，电流在导线中传输时，部分电能会转化为热能散失，线路越长、导线截面积越小，损耗越明显，尤其在远距离、低负荷工况下，线路损耗占比会显著上升。无功功率损耗同样不可忽视，当用电设备存在感性负载时，会产生无功功率，导致电流与电压相位差增大，不仅增加线路与变压器的额外负担，还会降低系统有功功率传输效率，造成能源浪费。

1.2 能耗影响因素

供配电系统能耗受多重因素综合作用，这些因素的动态变化直接影响能耗水平。负荷波动是常见影响因素，用电负荷会随生产作息、居民生活习惯等发生周期性或突发性变化，当负荷长期处于过低或过高状态时，系统难以维持经济运行工况，易导致设备效率下降、损耗增加。设备效率对能耗的影响更为直接，老旧变压器、传统配电开关等设备，因技术性能落后，运行过程中损耗远高于新型节能设备，且长期使用后性能衰减会进一步加剧能耗。拓扑结构合理性也至关重要，若供配电网络布局存在线路迂回、节点冗余等问题，会延长电能传输路径，增加线路损耗，同时降低系统供电可靠性。

1.3 节能控制核心需求

针对供配电系统能耗特征与影响因素，节能控制需聚焦三大核心需求，以实现系统高效运行。动态适配负荷是首要需求，系统需具备实时感知负荷变化的能力，通过灵活调整变压器运行台数、线路切换、设备启停等方式，使供电容量与负荷需求精准匹配，避免因负荷与容量不匹配导致的额外损耗。降低无效损耗是核心目标，需针对变压器、线路、无功功率等关键损耗环节，采取针对性措施减少能源浪费，如优化设备运行状态、抑制无功功率、缩短无效传输路径等，最大限度降低非必要能耗。

二、电气工程及其自动化节能控制关键技术

2.1 传统节能技术优化

传统节能技术通过性能升级与运行策略优化，降低供配电系统固有损耗。在无功功率治理方面，静止无功发生器作为新型无功补偿设备，可快速响应系统无功需求变化，动态输出或吸收无功功率，有效抑制电压波动与谐波，减少因无功功率导致的线路与变压器额外损耗，相比传统电容补偿装置，其调节精度更高、响应速度更快，能更好适配复杂负荷工况。变压器经济运行则通过优化运行方式实现节能，根据负荷变化动态调整变压器投运台数与负载分配，避免单台变压器长期处于低负荷或超负荷状态。

2.2 自动化节能技术

自动化技术通过智能化控制手段，实现供配电系统运行参数的动态优化。变频调速控制广泛应用于风机、水泵等动力设备，利用变频器调节电机转速，使设备输出功率与实际负荷需求精准匹配，避免传统定速运行导致的能源浪费，同时减少设备启停冲击，延长使用寿命。智能负荷分配算法依托自动化控制系统，实时分析各供电回路负荷分布，通过动态调整负荷分配方案，平衡各线路与变压器负载，防止局部过载或轻载，降低线路损耗与设备损耗。

2.3 新型技术融合

新型技术通过多维度协同，构建更智能的节能控制体系。物联网监测技术借助部署在供配电系统各环节的传感器，实时采集能耗数据、设备运行状态数据与负荷数据，形成全覆盖的数据感知网络，为节能分析与控制决策提供精准数据支撑，避免因数据缺失导致的节能策略盲目性。AI 算法则进一步提升节能控制的前瞻性与精准性，通过机器学习模型分析历史负荷数据，实现对未来负荷变化的精准预测，为变压器运行、负荷分配等提供提前调度依据；

三、自动化供配电节能控制系统设计

3.1 系统架构

自动化供配电节能控制系统采用三层架构设计，各层协同联动实现全流程节能管控。感知层作为数据采集基础，通过部署能耗传感器与负荷监测设备，覆盖供配电系统的变压器、线路、关键用电设备等核心环节，实时捕捉能耗数据、负荷变化数据及设备运行状态数据，将物理层面的运行信息转化为可传输、可分析的数字信号，为后续控制决策提供原始数据支撑。控制层承担核心调控功能，以 PLC与变频器为核心设备，接收感知层传输的数据，按照预设控制逻辑执行指令，如通过 PLC 实现对变压器运行状态、线路切换的自动控制，借助变频器调节电机转速，动态适配负荷需求，同时将控制过程与结果反馈至应用层。

3.2 核心控制策略

系统核心控制策略聚焦负荷与能耗的动态匹配，提升节能精度与效率。基于负荷预测的动态调压策略，先通过分析历史负荷数据与实时负荷趋势，预判未来一段时间内的负荷变化规律，再根据预测结果调整供配电系统的输出电压。当预测负荷较低时，适当降低电压以减少线路损耗；当预测负荷升高时，及时提升电压保障供电质量，避免电压不当导致的能源浪费与设备故障。多设备协同节能算法则打破单一设备控制的局限性，统筹协调变压器、无功补偿装置、变频设备等多类设备运行。

3.3 硬件选型

节能变压器优先选用低损耗型号，通过优化铁芯材质与绕组结构，降低铁损与铜损，适应系统长期运行的节能需求；同时结合系统负荷规模与变化特征，确定变压器容量，避免容量过大或过小导致的效率低下。智能断路器需具备精准的电流、电压监测功能与快速分合闸能力，既能实时反馈线路运行状态，又能在过载、短路等异常工况下迅速动作，减少故障对系统能耗与安全的影响。变频装置则根据被控设备（如风机、水泵）的功率、转速需求选择适配型号，确保其能稳定调节电机转速，实现输出功率与负荷需求的精准匹配，同时具备抗干扰能力，适应供配电系统复杂的运行环境。

结语

本研究围绕供配电系统节能控制，结合电气工程及其自动化技术，明确了能耗核心环节与节能路径，设计的三层自动化控制系统可有效降低损耗、提升能源利用率。但研究在极端工况适应性、多系统协同优化上仍有不足。未来可进一步融合数字孪生、新能源并网技术，优化 AI 控制算法精度，推动节能系统向全场景、智能化升级，为供配电领域低碳转型与能源可持续利用提供更有力的技术支撑。

参考文献

[1]丰啸.建筑机械设备电气工程自动化供配电节能控制分析[J].技术与市场,2024,31(04):111-114.

[2]张增亮.探究电气工程及其自动化供配电系统节能控制策略[J].通讯世界,2024,31(01):85-87.