电气工程自动化的供配电节能控制研究

引言

随着经济的快速发展和科技的不断进步，电气工程自动化在各个领域得到了广泛应用，极大地提高了生产效率和生活质量。然而，电气系统在运行过程中消耗了大量电能，供配电环节存在能源浪费现象。据相关数据显示，工业领域中供配电系统的能耗约占总能耗的 60% ，部分老旧建筑的供配电能耗也居高不下。在能源日益紧张、环保要求愈发严格的今天，开展电气工程自动化的供配电节能控制研究具有紧迫性与现实意义，这不仅有助于降低能源消耗、减少运营成本，还能推动电力行业及相关产业向绿色、可持续方向发展。

1 电气工程自动化供配电系统现存问题

1.1 能耗过高

1.1.1 设备老化与低效

部分企业和建筑的供配电设备使用年限较长，设备老化严重。例如，一些老旧变压器的铁芯损耗和绕组损耗较大，其空载损耗和负载损耗比新型节能变压器高出 30%-50% 。同时，部分电动机、风机、水泵等设备效率低下，运行时消耗大量电能。在工业生产中，一些低效率的电机仍在使用，其电能转换效率比高效节能电机低 10%-20% ，导致整个供配电系统能耗居高不下。

1.1.2 不合理的系统设计

在供配电系统设计阶段，存在设计不合理的情况。例如，导线截面积选择过小，导致线路电阻增大，电能在传输过程中损耗增加；变压器容量选择不当，过大或过小都不利于节能。当变压器容量过大，处于轻载运行状态时，其空载损耗相对较大；容量过小，则会因过载运行增加损耗。此外，供配电系统的布局不合理，供电半径过长，也会导致线路损耗增大。

1.2 谐波污染严重

随着电力电子技术的广泛应用，大量非线性用电设备如变频器、整流器、电弧炉等接入供配电系统。这些设备在运行过程中会产生大量谐波电流，导致电压波形畸变。例如，变频器在工作时，其内部的电力电子器件会进行高频开关动作，使输入电流呈现非正弦波，产生丰富的谐波。据统计，在一些工业企业中，因非线性用电设备产生的谐波电流可使电网电压总谐波畸变率超过 10% ，严重影响电能质量。

1.3 自动化程度低

部分供配电系统缺乏先进的监测与控制设备，无法实时准确地掌握系统的运行状态。例如，一些老旧小区的配电室仍采用人工巡检方式，不能及时发现设备故障和异常能耗情况。同时，供配电系统的控制方式较为传统，多为手动控制或简单的定时控制，无法根据用电负荷的实时变化进行动态调整，难以实现节能优化运行。

2 电气工程自动化的供配电节能控制技术

2.1 变压器节能技术

2.1.1 合理选择变压器容量与类型

根据供配电系统的实际用电负荷需求，准确计算变压器的容量，避免容量过大或过小。优先选用节能型变压器，如非晶合金变压器，其空载损耗比传统硅钢片变压器降低 70%-80% 。在负荷波动较大的场所，可采用有载调压变压器，根据负荷变化自动调整电压，提高变压器的运行效率。例如，在商业综合体中，用电负荷在不同时段变化较大，采用有载调压变压器能够根据实际负荷及时调整电压，减少变压器的损耗。

2.1.2 变压器经济运行控制

通过监测变压器的负荷率，合理调整变压器的运行台数。当负荷较低时，可停运部分变压器，使运行的变压器处于经济运行区间，降低变压器的总损耗。例如，在一些季节性用电明显的企业，在用电淡季可停运部分变压器，仅保留一台或少量变压器运行，提高变压器的负载率，降低能耗。同时，可采用智能控制系统，根据实时负荷情况自动切换变压器的运行状态，实现变压器的经济运行。

2.2 无功补偿技术

2.2.1 无功功率的影响及补偿原理

无功功率会导致电流增大，增加线路损耗，降低功率因数，影响电能质量。无功补偿的原理是通过在供配电系统中接入电容器、电抗器等无功补偿设备，产生与感性或容性无功功率相反的无功功率，进行相互抵消，从而提高功率因数，降低线路电流，减少电能损耗。例如，在工业企业中，大量的电动机等感性负载会消耗大量无功功率，通过在其附近安装电容器进行就地无功补偿，可有效提高功率因数，降低线路损耗。

2.2.2 无功补偿方式的选择

无功补偿方式有集中补偿、分散补偿和就地补偿。集中补偿是将无功补偿装置安装在变电站或配电室，对整个供配电系统进行无功补偿，适用于负荷较为集中的场所；分散补偿是将无功补偿装置安装在车间或配电箱等位置，对局部区域进行无功补偿；就地补偿是将无功补偿装置直接安装在用电设备附近，对单个设备进行无功补偿，补偿效果最佳。在实际应用中，可根据供配电系统的具体情况，综合采用多种补偿方式，以达到最佳的无功补偿效果。例如，在大型工厂中，可在配电室进行集中补偿，在车间内进行分散补偿，对大型电动机等设备进行就地补偿，全面提高系统的功率因数。

2.3 谐波治理技术

2.3.1 无源滤波器的应用

无源滤波器由电容器、电抗器和电阻器组成，通过调谐到特定的谐波频率，对谐波电流进行滤波。无源滤波器结构简单、成本低，在谐波治理中应用广泛。例如，在一些谐波源较为单一、谐波频率固定的场所，如中频炉供电系统，可采用无源滤波器对特定频率的谐波进行有效抑制。但无源滤波器的滤波效果受系统参数变化影响较大，且可能与系统发生谐振。

2.3.2 有源电力滤波器的优势与应用

有源电力滤波器通过实时检测谐波电流，产生与之大小相等、方向相反的补偿电流，对谐波进行抵消。与无源滤波器相比，有源电力滤波器具有响应速度快、滤波效果好、能适应系统参数变化等优势，可对多种频率的谐波进行治理。在一些对电能质量要求较高的场所，如数据中心、医院等，有源电力滤波器得到了广泛应用。例如，在数据中心中，由于存在大量的服务器等非线性设备，谐波污染严重，采用有源电力滤波器能够有效消除谐波，保障数据中心设备的稳定运行。

3 结论

综上所述，电气工程自动化的供配电节能控制是实现能源高效利用、推动行业可持续发展的关键。尽管当前供配电系统存在能耗高、谐波污染、自动化程度低等问题，但通过采用变压器节能、无功补偿、谐波治理等技术，结合优化系统设计、实施智能化监控与管理、加强人员培训与管理等应用策略，能够有效提升供配电系统的节能水平。在未来的发展中，随着科技的不断进步，新的节能技术与理念将不断涌现，需持续关注并积极应用，进一步挖掘供配电节能潜力，为经济社会发展提供可靠、高效、绿色的电力保障，助力实现碳达峰、碳中和目标，推动构建美丽低碳的能源新生态。

参考文献

[1] 熊亮 . 电气工程自动化的供配电节能控制探讨 [J]. 中国设备工程 ，2025，（07）：247-249.

[2] 赵连虎 . 电气工程及其自动化供配电系统节能控制分析 [J]. 全面腐蚀控制 ，2025，39（03）：118-122