電力電氣控制閥的電壓節(jié)能控制分析

李兵兵

撫順礦務局職工工學院 職業(yè)能力開發(fā)中心 遼寧 撫順 113008

引言

電力電氣控制閥的節(jié)能效果不僅受電力消耗性能的影響，也與電壓密切相關，所以要對電壓進行科學的控制，才能提高電力電氣的總體節(jié)能水平[1]。而針對電力電氣控制閥電壓節(jié)能，必須采用更加優(yōu)質(zhì)的控制方法，實現(xiàn)能耗的進一步降低。要結(jié)合具體實際情況，對電力電氣控制閥的電壓節(jié)能方法進行突破和創(chuàng)新，不斷提高節(jié)能水平，才能滿足人們的節(jié)能要求，更好地服務于人們的生產(chǎn)與生活。

1 電力電氣控制閥組成及運作原理

電力電氣控制閥作為電力電氣系統(tǒng)中的重要組成部分，與平臺控制系統(tǒng)緊密相連，能夠接受來自中心控制系統(tǒng)或現(xiàn)場的信號，并依據(jù)相關指令執(zhí)行動作，發(fā)揮自身的功能作用。工業(yè)中大多使用DCS控制系統(tǒng)，對各個閥門進行點對點的控制，通過將每個閥門有機地聯(lián)系到系統(tǒng)之中，再連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，然后將傳來的信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號呈現(xiàn)在操作界面上，以供操作人員結(jié)合現(xiàn)場情況和實際需求進行操作。從功能作用的角度來說，電力電氣控制閥主要分為閥體、驅(qū)動裝置、電氣轉(zhuǎn)化三個部分[2]。閥體作為主體部分，主要負責接收中心控制的信號，依托轉(zhuǎn)換器將電信號轉(zhuǎn)化為氣信號，再通過空氣壓力推動驅(qū)動裝置的氣動薄膜，對管線中的流體進行控制。調(diào)節(jié)閥是閥體與管線相連接的部分，能夠?qū)崿F(xiàn)對流量、壓力及溫度的調(diào)節(jié)。閥的定位器用來保證控制閥處于控制器指定的位置。定位器是依托壓力變化來調(diào)整位置變化，以保證控制信號與閥桿位置件的平衡。在進行電力電氣節(jié)能系統(tǒng)時，設計人員需要在充分掌握電力電氣控制系統(tǒng)工作原理的基礎上，結(jié)合具體實際情況選擇閥的類型，然后圍繞閥的功能和系統(tǒng)工藝要求設計節(jié)能方法。在此過程中，設計人員既要考慮經(jīng)濟成本，又要考慮閥的性能。

2 電力電氣控制閥電壓節(jié)能控制方法

隨著用電需求的不斷增加，人們節(jié)能意識日漸提升，關于電力電氣節(jié)能的研究越來越多，且主要針對傳統(tǒng)電力電氣控制閥設計中存在工作電壓運用不合理的情況進行改進，以減少不必要的電能浪費。當前，我國電力電氣控制閥電壓節(jié)能控制已實現(xiàn)對一些特定場景的精準判斷，能夠依托智能化手段來控制電路的開啟和閉合，在電壓節(jié)能方面取得一定進展，但仍不能滿足用戶日益提高的節(jié)能需求，尚未實現(xiàn)對電力電氣控制閥電壓的高質(zhì)高效節(jié)能控制[3]。這主要是因為電力電氣控制閥的組成形式復雜，導致在對其內(nèi)部進行電壓輸送和控制時，常常受到各種各樣的干擾，使控制信號在電壓波動的影響下出現(xiàn)較大誤差，導致電控閥在電壓控制中的表達不準確，難以保證電壓高質(zhì)效性的傳輸與供給。特別是電力電氣設備長期處于電壓波動影響的工作狀態(tài)，不僅易造成較大的能源消耗，還嚴重影響設備的使用壽命?；诖?，必須提出先進的控制法對其進行優(yōu)化[4]。當前，很多技術人員已將電控閥作為電壓工作單元，并在此基礎上對電力電氣設備電壓進行控制。在探索新方法的過程中，研究人員加強對基于多層神經(jīng)網(wǎng)絡的電壓調(diào)節(jié)方法的實驗，通過設計電壓信號去噪模型來消除電壓控制中的模糊性和波動性，有效解決了控制信號的誤差問題，進一步提高電壓智能管控水平，從而實現(xiàn)更水準的電力節(jié)能。

3 節(jié)能控制中的電力電氣控制閥的電壓參數(shù)設置

3.1 最優(yōu)組合法的應用

要實現(xiàn)對電力電氣控制閥電壓的理想控制，應當保證控制閥的電壓恒定，消除控制消耗產(chǎn)生的誤差。但現(xiàn)實情況是電力電氣控制閥的電壓常常存在波動，各關鍵部分的控制信號有較大誤差，對控制精度造成極大影響，極易出現(xiàn)能耗不斷增加的情況。而為了使控制閥電壓節(jié)能趨于理想化，我們需要堅持“復雜問題簡單化”的原則，利用設定參數(shù)的方法解決誤差問題。通過在整個系統(tǒng)中引入一個參數(shù)，對這個參數(shù)進行數(shù)學處理，以實現(xiàn)對電壓波動引起的誤差進行精準把握，達到對能源消耗高質(zhì)量、高效率控制的目的。所選用的這個參數(shù)的數(shù)值變化需要直觀地反映出電壓變化以及其對系統(tǒng)控制所造成的影響。比如當電壓波動存在異常時，利用電壓與其波動率、波動幅度系數(shù)之間的關系構建數(shù)學模型，依托相關數(shù)學公式表示電壓信號，實現(xiàn)對電壓信號規(guī)律的科學描述。當電壓波動較大時，仍利用上述方法對電壓信號產(chǎn)生的誤差進行統(tǒng)計，再根據(jù)電壓波動規(guī)律檢測電壓波動對系統(tǒng)控制效果的影響，在整個電力電氣控制閥內(nèi)電壓的控制過程中，必然涉及多組數(shù)據(jù)，這就需要采集和記錄這些數(shù)據(jù)，并進行全面和局部的分析。特別是要將各個可變性控制系數(shù)的變化置于（-1，1）的區(qū)間進行歸化處理，以限制電壓的波動范圍。然后依據(jù)假設性的方法，針對這些無規(guī)則的變化進行標準化處理，再采取最優(yōu)的關聯(lián)控制方法對這些參數(shù)進行調(diào)整，實現(xiàn)對電氣控制閥存在的波動干擾進行有力控制，從而實現(xiàn)更好的節(jié)能效果。

3.2 尋優(yōu)法的應用

在研究量化的效果時，需要設定一個量化函數(shù)，對電力控制閥的實際電壓參數(shù)的合理表示，再依托解函數(shù)方程的方法尋求最優(yōu)解，以實現(xiàn)對相關參數(shù)進行科學的設置。當出現(xiàn)電壓波動時，通過及時準確地測量各個控制信號，并依托此量化函數(shù)關系式分析多組參數(shù)，以清晰地了解信號信噪大小和響應時間長短的關系。為了在控制期間實現(xiàn)有效的節(jié)能控制，還需要尋找電壓波動率參數(shù)變化量的最優(yōu)組合，并依據(jù)消除干擾時最優(yōu)規(guī)范的要求進行調(diào)整，獲取最優(yōu)的節(jié)能組合值。同時為了減少電壓波動對電力系統(tǒng)的影響，還需要制定一個合理的設定標準，用以解決電壓波動帶來的干擾。特別是嚴格按照規(guī)格要求明確這類參數(shù)的設置，并對這些參數(shù)進行最優(yōu)組合，以解決最小控制閥門電壓波動干擾問題，從而探尋出更加合理的控制方法?？偟膩碚f，針對電力電氣控制閥電壓節(jié)能控制，就是通過構建函數(shù)模型，依托數(shù)學思想進行解方程，對所涉及的參數(shù)進行最優(yōu)的組合，從而確保電力系統(tǒng)能耗最小，實現(xiàn)有效節(jié)能。

4 基于多層神經(jīng)網(wǎng)絡的控制閥電壓節(jié)能控制方法

電力消耗的整體性能決定電力電氣控制閥門的節(jié)能性能，同時電控閥的電壓又與系統(tǒng)的節(jié)能性能密切相關，所以，須采用科學的方法實現(xiàn)對電控閥電壓的合理控制，才能切實達到節(jié)能的目的。基于多層神經(jīng)網(wǎng)絡的控制方法作為一種先進控制方式，更加符合電力電氣控制閥電壓節(jié)能控制的要求，能夠依托智能化的節(jié)能調(diào)節(jié)，對控制閥的電壓實施精準控制。特別是其神經(jīng)網(wǎng)絡屬前饋網(wǎng)絡的一種，非線性是控制閥內(nèi)電壓變化呈現(xiàn)的主要特征，線性是神經(jīng)網(wǎng)絡輸入層和輸出層呈現(xiàn)的主要特征。通過將輸入層數(shù)據(jù)作為控制閥電壓控制的參數(shù)，將輸出層數(shù)據(jù)作為最優(yōu)電壓參數(shù)，可以實現(xiàn)對電力電氣控制閥內(nèi)電壓的動態(tài)變化進行多層神經(jīng)網(wǎng)絡處理，能夠有效提高電壓節(jié)能控制精度。

4.1 確立研究模式

基于多層神經(jīng)網(wǎng)絡的思想方法和工作原理，可以結(jié)合實際情況，構建模型獲取相應的參數(shù)。在神經(jīng)網(wǎng)絡輸出層中確定最優(yōu)的節(jié)能電壓值時，不需要考慮因初始值設定而導致的局部電壓最小的情況。在輸入層實施電壓相關數(shù)據(jù)的傳遞時，也不用考慮控制閥內(nèi)電壓的損耗問題，這在很大程度上解決了數(shù)據(jù)整理及計算的難度。在確立基本模型后，可以通過以下幾個措施實現(xiàn)對電力電氣控制閥內(nèi)電壓節(jié)能的精準控制：一是按照數(shù)據(jù)采集的結(jié)構，對控制閥電壓數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，依托矩陣數(shù)學模型，掌握電壓約束條件；二是將隱含層內(nèi)控制閥的電壓控制矩陣進行分解，并將每個分解后的部分轉(zhuǎn)化成新的函數(shù)關系；三是找尋處于電壓波動狀態(tài)下的電力電氣控制閥電壓的最優(yōu)輸出，依據(jù)最優(yōu)解遞推公式簡化運算過程和減少運算量。

4.2 開展仿真實驗

模型的建立為實驗提供理論基礎，在構建具體的模型后，可以對模型的可信度和合理性進行驗證，通過采用仿真實驗的方式進行分析，以了解模型是否滿足條件和需求，能否使電力電氣控制閥內(nèi)電壓達到較好的節(jié)能控制效果。在實驗的過程中，需要明確實驗過程及方法，結(jié)合實際情況，找到最合適的實驗節(jié)能控制對象。為了提高實驗的說服力，證明實驗方法可行，此次實驗以電力系統(tǒng)中使用最多的大型電力設備作為實驗對象，使用10V-30V電壓設備作能量源，以及選用精準度較高的信號測量及采集設備，如51單片機和轉(zhuǎn)換裝置。為了將電壓控制在合理安全的范圍內(nèi)，利用51單片機的核心處理器收集數(shù)據(jù)，依托轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換可用電壓。同時將建立好的模型考入單片機，對電壓實施調(diào)控，使之在高精度的區(qū)間內(nèi)進行合理變化。然后將所有的參數(shù)變化結(jié)果錄入計算機，再對這些結(jié)果進行統(tǒng)計開展仿真實驗，在仿真實驗過程中，需要讓電力電氣控制閥始終保持正常的工作狀態(tài)，不能出現(xiàn)中途停頓的情況。同時合理設定信號采集標準，對控制閥實際工作能耗數(shù)據(jù)進行采集，再依據(jù)計算機獲取電壓波動變化下參數(shù)值。待實驗結(jié)束后，對優(yōu)化前后的節(jié)能相應曲線進行對比分析，以了解電力電氣控制閥電壓節(jié)能控制成效。

4.3 分析實驗結(jié)果

分析節(jié)能控制之前和節(jié)能控制之后的電力電氣控制閥實際參數(shù)響應曲線可知，此模型能夠直觀地呈現(xiàn)出電力電氣控制閥內(nèi)電壓優(yōu)化前后節(jié)能特性的變化特點，能夠反映出此模型在電力運行期間是否對電壓實際波動性進行有效控制。若誤差被控制在一個很小且合理的范圍內(nèi)，說明該方法可以對電力電氣控制閥內(nèi)電壓波動情況進行有效控制；若誤差不能被控制在一個較小的范圍內(nèi)，說明該方法不能提高電力電氣控制閥節(jié)能控制效果，需要重新設計模型，調(diào)整參數(shù)。在分析實驗結(jié)果時，需要注意模擬電力設備輸入電流的波動范圍是隨著參數(shù)的變化而變化，若此時電壓控制時間的波動范圍較小，或是超過范圍限制，電壓控制參數(shù)的波動范圍也沒有明顯變化，則說明依托該模型控制電力電氣控制閥內(nèi)電壓的效果是理想的，從而論證出將控制誤差限制在較小范圍內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)對電力運行中的電控閥電壓波動的良好調(diào)節(jié)與控制，不會消耗過多的電能。由此可見，基于多層神經(jīng)網(wǎng)絡的電壓調(diào)節(jié)與節(jié)能控制方法，可以改善電壓控制過程中存在的準確度低的缺點，能夠借助預設誤差范圍的方式，將可能的誤差和計算誤差控制在較小的范圍內(nèi)，通過依托智能化的手段對電壓進行調(diào)節(jié)，從而達到降低能耗，提高節(jié)能水平的目的?？偟膩碚f，若電力設備的控時參數(shù)狀態(tài)良好，那么就能得到理想的控制成效。特別是通過對系統(tǒng)控制優(yōu)化前后的能耗、熱量排放、廢氣排放及用電對比結(jié)果進行全面和局部的分析，通過波動電壓控制模型進行電力電氣控制閥輸入電壓的控制，能夠?qū)?shù)控制在合理的范圍內(nèi)，減少誤差對能耗帶來的直觀影響，能夠更好地解決電力電氣控制閥電壓節(jié)能控制效果不理想的問題。

電力電氣控制閥電壓節(jié)能控制作為提高電力電氣系統(tǒng)整體節(jié)能水平的一個重要環(huán)節(jié)，針對其開展的實驗研究越來越多。文章提出一種基于多層神經(jīng)網(wǎng)絡的電壓調(diào)節(jié)和控制方法，通過設定相關參數(shù)，控制電壓波動范圍，然后再依托智能化手段實現(xiàn)電壓強度的精準控制，能夠達到較為理想的節(jié)能目的。隨著智能技術的進一步發(fā)展，對于電力電氣控制閥電壓節(jié)能控制的研究成果也會取得更多的突破性進展，勢必會將我國電力電氣事業(yè)發(fā)展推向更高的層次。