电力自动化节能设计技术与大数据分析研究

叶体俊

（国电南瑞科技股份有限公司，江苏 南京 211106）

0 引 言

由于配电设备广泛应用于电力系统中，当开关电源运行时，会在电网中形成大量的谐波电流。稍有疏忽，很可能会影响互联网整体安全运行，消耗大量电能。因此，在电力工程项目中，要明确提出相应的对策，合理增强电力工程项目的稳定性，提高安全系数，从而完成工业生产和能源工业的可持续发展。

1 电力自动化节能设计研究

1.1 科学选用变压器

首先，在实际操作中，相关人员应使用节能变压器，合理控制用电量。这种设施在具体工作中的使用既可以防止负荷不平衡，又可以合理化变压器的损耗。另外，要注意减少发电对开关电源的危害。正确应用单相电力自动补偿机械设备，可以减轻变压器负荷，保护供电系统。随着新能源的普及，电气自动化项目的电源元器件价格越来越高，如何将新能源接入，保障用电安全稳定是主要任务[1]。如太阳能、风能等新能源发电，其工作方式很大程度上取决于天气，发电质量与天气状况直接相关。例如，当能源需求快速增长时，当地的天气条件无法支撑如此大的能源消耗，导致停电或不平衡供电，从而造成更严重的事故。如果整个网络对能源的需求突然下降，并且如果不采取相应的对策，那么新能源产生的电能就会过剩，并以其他形式释放，造成严重的浪费。变压器应设计单相补偿装置，有效保证了三相电流的平衡流动，从而降低了变压器本身的损耗。另外，可以将三相、单相用电设备连接起来，以有效避免负载不平衡的问题，达到控制变压器功率损耗。变压器的科学性和数量也很重要，判断变压器的容量不能满足系统运行的电力需求，会导致变压器寿命对输电质量产生影响。如果变压器的容量大于系统运行的电力需求，就会造成资源的浪费，不利于节能的设计目标。

相应地，在选择变压器时，严格按照实际变压器的功率来选择。例如，可以选择直流/直流（Direct Current/Direct Current，DC/DC）变换器，在当前的照明系统中，DC/DC变换器主要采用单向工作模式。对于该变换器而言，主要受功率传输二极管的影响，只能采用单向流动，这实际对能量的反向流通是一种制约，导致该变换器无法适用于能量双向流动的场合[2]。在节能照明系统中，若保留了原来的单向DC/DC变换器，有效借助反并联的形式将DC/DC变换器B和变换器A搭建起来，但过多的器件容易增加照明系统电路的复杂程度。因此，可以借助双向DC/DC变换器有效代替2个单向DC/DC变换器，有效满足能量双向流动需求，其结构如图1所示。

图1 双向DC-DC变换器功能结构

图1中：I1和I2表示流动电流；能量流动端口用W1和W2表示。这种变换器在不改变高、低两侧极性的基础上，仅改变其电流方向便可以满足能量双向传输需求，有效提高了系统闭环动态响应，对处理用电数据具有重要作用。

1.2 加强线缆设计

电力电缆是电力系统的关键组成部分，也是工程建设成本的大部分，而且后期维护需要投入更多的经济资金。因此，要求在电力电缆设计过程中综合考虑各种影响因素，重点关注线缆本身的强度以及横截面的尺寸等，以此来保证其既能够有效满足使用要求，还能够切实有效地降低所需要投入的经济成本，实现节能目标[3]。就现阶段来讲，因为受到技术和成本等多方面的限制，所以电气自动化工程中的线缆材料普遍是铜、铝或者钢材。对于技术工作者来讲，成本是需要重点考量的因素，但是电缆的节能和安全效果也不容忽视。钢缆的节能性和安全性明显高于铝缆，而铜缆的节能性和适应性更好，其投资的经济成本也会增加。因此，在具体的应用过程中，需要根据实际情况进行科学的选择，以提高电缆设计的节能效果。

1.3 无功补偿设备的设计

在传输过程中，配电系统会造成严重的能耗问题，同时会形成大量的无功功率。因此，相关人员需要进行相应的电压控制，以避免运行过程中无功功率的发生。在配电系统的实际应用中，大部分电气设备在实际设计过程中都是根据电磁感应原理设计。在运行状态下，将会构建对应旋转磁场，同时确保旋转磁场稳定性，由此转子才可以在稳步转动情况下实现电动机的机械运动，电动机转子磁场通过具有的电能构建对应无功功率实现。无功补偿配电系统主要由3部分构成，即用电电力负荷、配输电线路、升降变压器。变压器在实际运行过程中为了可以获得对应电压，也就需要开展无功功率[4]。因此，变压器在运行中若缺少无功功率作为保证，也无法完成变压操作。如果得不到有效控制，则会对电网的正常运行和后续管理产生重大负面影响。就客观研究而言，无功功率是功率因数下降的关键原因。同时，确定了投切参数，从而有效避免了无功倒冲和潜在冲击等问题。

1.4 降低电能传输过程中的消耗

在电能传输过程中，由于导线内部励磁电阻的约束，不可避免地会出现电能损耗超过一定传输功率的波动现象。但是，线上和线下的电流总是稳定的。如果要妥善处理一部分被浪费的线路功率资源，就需要技术人员适当控制导线本身及其所承载电阻的放大和缩小。一是保证整个导线线路布置的安全科学性，主动引导规避交通弯路和控制回头路人在走过导线时的行为，使得整个导线实际长度电阻得到最大最小范围的降低。二是选取较低电阻和频率不高的静电材料合并制作电路所需的静电导线。三是相同电阻条件综合作用下，可以分别选取一些导线横面和截面垂直面积较大的电阻导线，使得这些导线自身上的电阻系数得以实时同步减少。四是后期设置电力变压器和电力负荷转换中心点时，尽量不要设置太远的距离，这样后期系统的供电运行速度会大大提高，也可有效遏制不必要的用电量增加。

1.5 加强照明设备节能设计

在国内的电力消耗中，照明设备的耗电量相对较高。无论是生活用电还是工业用电，照明设备的使用量非常巨大。采用节能型照明设备，可以在某种程度上减少能源消耗，并在一定程度上大幅降低能耗，提升电力系统整体的节能效率。

2 电力大数据分析处理

一般来说，当电力数据发生变化时，曲线具有平滑的特点，相邻时间点的电力负荷变化率较小。根据这一特点，采用均值处理的方法填补单点的数据缺失值，将前一个时间点和下一个时间点的功率预测值相加，得到的平均值作为该时间点的预测标准数据。在电气设备运行环节，谐波的出现会导致电压产生不稳定波动，进而对相关的电网仪器产生损害。谐波的产生无可避免，因此为有效改善这一问题，减少电能过度消耗与产生的损失，工业生产中已有大量企业开始使用有源滤波器，优点是运行速度快、滤波性能更优。与无源滤波器相比，虽然有源滤波器有着相对偏高的造价，但可以更彻底地清除滤波。同时，由于其有着更快的工作速度和更好的节能性能，能够在输送电能时减少谐波对电网系统的危害，保障其安全稳定运行。

在检索得到的电力数据中，容易存在重复、断开和缺失的电力数据。对此，需要针对性开展数据清洗工作，完成清洗后对其开展标准化处理。这种处理方式得到的是一个或多个不同属性的电力数据预测结果[5]。在检索的过程中，发现数据存在缺失值，但为了高效反馈电力数据的预测效果需求，需要对预测数据开展清洗工作，同时要填补缺失值。通常情况下，当电力数据产生变化时，曲线容易出现平滑性，此时相连时刻点的电力负荷所表现出来的变化率幅度较小，借助这一特征，数据缺失值的填补可以采用均值法处理，所得到的均值便是时刻点预测标准数据，计算公式为

式中：t+1表示后一时刻点；t-1表示前一时刻点；ct表示t时刻数据填补值；ct-1和ct+1表示不同时刻点下的预测电力值。对于填补数据而言，可能还会受电力接发以及位置等影响，导致尺度存在不一现象。对此，标准化处理填补值的过程中需统一量纲，规避数值范围大的数据淹没小的数据。在数据归一化中，可将其归一化到[0，1]，其计算公式为

式中：xmax和xmin分别表示数据序列最大值和最小值；xi表示填补后的待归一化预测数据；表示归一化后的结果。结合结果对预测数据进行重新定义，有效满足预测数据的完整度，强化结果可靠性，便能实现电力大数据分析技术。

电气设备运行时，由于谐波的存在，容易对电压造成不稳定波动现象，进而对电网仪器产生损害。由于谐波很难避免，但为了改善该问题，有效减少电能损失，工业中通常会使用有源滤波器，这种有源滤波器的优点主要以运行速度快和滤波性能优等为主，和无源相比虽然造价偏高，但能够有效清除滤波，在输电过程中具有重要作用，可以保障安全，满足稳定输送的需求。

3 结 论

近年来，中国的能源消耗问题越来越严重，需求非常大。在这种情况下，应该选择节能环保的方式，保证电能的有效利用。在电力工程项目中，电气设计的技术方面应由科研确定，遵循电气设计的关键技术标准，重视节能环保，有效优化资源利用。