建筑机械设备电气工程自动化供配电节能的控制方法研究

郭冬冬

（北京建自凯科系统工程有限公司，北京 100000）

1 引言

作为建筑的重要组成部分，电气设备和供配电系统的安装质量和运行对建筑物的使用功能和安全运行起着至关重要的作用。其可对建筑物的电力供应、配电系统进行自动控制与智能监控，同时针对容易出现的问题制订相应的解决方案，通过智能化及远程控制等手段排查各类故障及隐患，从而保证建筑供配电系统的安全、可靠，将意外事故、停电等造成的影响和损失降到最低。为此，本文对具体的电气工程自动化网络的现场控制设备进行了深入探讨，并提出了相应的供配电节能控制策略，以确保建筑的安全可靠运行。

2 建筑电气工程及供配电系统概述

2.1 建筑电气工程

电力系统在建筑中占有举足轻重的地位，其能否正常工作，不仅关系到建筑物的质量和功能，而且关系到居民的日常生活。建筑的电力系统较为复杂，包括强电系统和大楼的弱电系统。随着建筑业的不断发展，其相关装备越来越精细，技术越来越先进，自动化程度也越来越高，以支持电力装置及各种系统的安全、稳定工作。在满足专业性、安全性、实用性等方面的要求的同时，建筑电气还应满足节能需求，并遵循电气节能减排的原则，对各个系统进行科学的规划和布局，改变以往粗放式的建筑电气设计，在满足供电和用电需求的同时，减少资源和能源的消耗及浪费。

2.2 供配电系统

供配电系统是建筑电气的重要组成部分，由从电源进户到用电设备的输入端的整个电路组成。其中，电源进户部分主要包括交流电、直流电和交流储能等。输入端包含变压器、断路器及电流互感器等设备，以及连接这些设备的电缆等。此外，还包括由电器柜、配电柜及其他装置组成的配电系统，以实现供配电系统的正常运行，加之线路设计不合理，供电系统功率因数低，以及电机的启动电流和谐波电流都会在不同程度上对建筑物的供配电系统造成影响，并会产生电能损耗。因此，在建筑供配电系统的规划设计中，不仅要考虑建筑用电需求，还应该考虑安全、节能和环保等方面的要求。规划设计时，还要考虑节能减排和环保要求，以保证供电质量，从而达到节能和环保的目的。

3 建筑电气自动化供配电节能的控制方法

3.1 监测与控制精度的提升方法

电气自动化技术可以实现对系统的监测，要提高其监测与控制能力，可采用如下措施：首先，采用高精度的传感器、测量仪等设备；其次，采用数据挖掘、大数据等智能技术，实现对数据的精准分析和预测；最后，采用分布式控制等算法，用于对供配电系统的精准控制和优化调度。

3.2 信息互通和集成方法

要解决控制系统的信息互通和集成问题，可采用如下措施：首先，建立统一的信息与数据规范格式；其次，构建统一的信息平台与数据中心，以达到信息共享与整合；最后，结合物联网、 云计算等先进技术，将建筑设备与供配电系统进行互联，提高信息共享与处理效率。

3.3 系统灵活性与智能化提升方法

要提高控制系统的灵活性和智能化水平，可以通过模块化及可配置的设计方法，对建筑机械设备、电力系统等进行快速配置。同时，可通过开放的平台及接口设计，使建筑设施、供配电系统等进行互联，实现与其他系统的整合。

3.4 推广新能源技术

加强探索新能源技术在建筑机械设备、 供配电系统中的应用等研究。通过引入节能技术和智能控制系统等降低能源的能耗，推广绿色环保和低碳节能的生活理念，倡导节能减排，增强环保意识和责任心。

4 电气工程自动化网络的控制设备

4.1 电气工程自动化网络的中央控制设备

中央控制设备是接受命令的核心，其可以按照具体的条件向用户发送具体的命令，从而对网络的子程式进行精细的控制，确保程序的正常运转。在建设工程中，以微机为核心的中央控制器能实现多种功能，控制设备联动性好，可以与下级供配电节能元件相连接。在发生突然断电情况时，中心控制装置能立即启动备用电源设备，维持中心控制装置的正常运转。

4.2 电气工程自动化网络的现场控制设备

采用现场控制装置对各个子系统的主机进行智能调试，并将供配电节能等方面的数据完全保存。当第一个控制器发生故障时，第二个控制器就会被激活，从而有效保证整个电力系统的安全性。现场控制设备包括ROM、CPU 等组件，这些组件构成了现场控制设备的基本组成部分。其中，CPU 是最关键的组成部分，是现场控制设备的大脑，负责指挥和协调其他组件的运行。采用自动化运行方案后，各类控制设备元素能够保持密切联系，从而实现程序共享。要给各控制设备配备独立的备用电源，并将其与中央控制设备连接起来，建立一个稳定可靠的供配电节能调试系统。将现场控制设备连接指令定义为B，如式（1）[1]：

式中，Vn、V0分别为电气工程自动化控制系数的最大值和最小值；n为电气化权限量；X、x分别为一级、二级控制器供配电调节系数；H、h分别为一级、二级控制器节能控制需求指标；c为建筑机械设备电气化执行权限；ΔM为单位时间内的电气工程调试量。

5 供配电节能控制的实现方法

5.1 供配电平台的构建

供配电平台的主要组成为自动化主机、高低压配电柜、直流屏、EPS 等设备。如图1 所示，为供配电平台结构[2]。

图1 供配电平台结构

如图1 所示，在建筑信息通信线的联动作用下，UPS 设备与机械变压器相连，对下级供配电元件进行自动化调试，直流屏可以全面呈现建筑信息数据。低压配电柜主要位于供配电平台的顶层，可以与高压配电柜进行对接，并向其发出电量调试指令，与EPS 元件结合使用，可以实现对机械设备能量的精细控制，实现节能降耗。芯片作为自动化主机的关键组成部分，有多种形式。目前，STM32F103VBT6 芯片的使用比较普遍，它可以改变终端的控制位置，同时具有灵活、稳定等特点[3]。

5.2 控制执行功能软件

建筑机械设备电气工程自动化网络具有较强的调控能力，能够直接调节供配电节能设备的末端节电，通过微处理器芯片精确调试I/O 输出信号。在节能调节时，电源和配电继电器与接触器相容，并确保了二者之间的连接稳定。为提高系统的有效性，必须对系统的控制与执行功能进行适当的调整，并对照明设备、分散式空调等设备进行自动调试。为保证控制系统可靠运行，必须根据施工机械装备的实际要求进行相应的程序编制和调试。

5.3 节能管理上机位

适配易控的软件作业平台，充分实现对控制与执行功能的融合，并通过构建配置软件或适配高互动性的人机交互接口，为机器和人搭建一座交流的桥梁。在合理的配置方式下，节能管理上位机能对供配电信息进行自动监测，从建筑机械设备中获取有用信息，并生成图形或其他信息表达形式，将实际情况进行直观的呈现。通过对施工机械的能源管理，能够对施工机械进行实时监测，并对生成的信息进行全面的保存。

6 自动化供配电节能控制方法的应用效果分析

选取特定的建筑机械设备，将其划分为实验组和对照组。实验组使用自动化供配电节能控制方法，对照组使用传统节能控制方法。然后分别对其电气工程耗电量进行比较分析。在测试分析中，采用IPU 指数能更好地反映电气工程的实际运营能耗。IPU 指数越大，代表电力费用越低；如果IPU 指数降低，则说明电力消耗费用增加。两组的IPU 指数如图2 所示。

图2 试验组与对照组的I PU指标数值

由图2 可知，实验组IPU 指标数值随着建筑物间距的增大而增大，其IP 指数最大为65.9%。对照组IPU 指数呈现出先升高，后逐渐降低的趋势，其IPU 指数最大为41.7%。实验组IPU 指标数平均值较对照组高出23.75%。由此可知，采用自动化供配电节能控制能够对IPU 指标进行有效的优化，并且随着建筑物间距的增大，该指标的数值也增大，从而可有效控制电气工程的运行电耗成本，获得更显著的节能环保效益和经济效益。在测试过程中，TSR 指数也是一个重要的参数，其能反映建筑的电能消耗。图3 为实验组与对照组的TSR 指标数值。

图3 实验组与对照组的TSR指标数值

如图3 所示，实验组TSR 值随着建筑物间距的增大而呈现阶段性的变化。其现上升后再趋于稳定，该组的最大TSR 指标数值为84.1%。对照组的TSR 指数的变化较为复杂，呈上升与下降的交替变化。该组最大值为65.9%，比实验组低18.2%。实验组TSR 指标数值平均值较对照组高出32.35%。

综上，应用研究措施后，TSR 指标数随建筑物间距的增加而增大。建筑物的电力消耗比例明显提高，建筑物的机械和电气设备的能耗得到了有效控制。

7 结语

本文提出了针对建筑机械设备的供配电节能控制措施，并详细阐述了自动化供配电节能控制分析的实现方法。在应用该方法后，电力系统的IPU 指数和TSR 指数都得到了显著提高。实验组IPU 与TSR 指标数值平均值较对照组分别高出23.75%、32.35%。表明节能控制策略在改善电力系统的电能质量、减少电力系统能耗方面发挥了积极的作用。建筑机械设备电气工程的运行电耗成本较低，符合节能环保、经济高效的工程理念，可提高建筑工程的各种效益。