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摘要：传统高层建筑智能化电气节能负载控制技术的实际控制效果较差，技术应用后，电气设备负载率较高。对此，文章设计了高层建筑智能化电气节能负载控制技术。通过建立高层建筑智能化电气数学模型，对其运行情况进行等效描述；预测动态下的电力损耗，确定高层建筑电气功率的二倍频模值；利用遗忘算法对数学模型中未知参数寻优求解，实时调控数学模型参数，从而实现高层建筑智能化电气节能负载控制。实验证明，文章设计技术的高层建筑电气设备负载率低于传统技术，具有良好的应用前景。
关键词：高层建筑；智能化电气；节能负载；电力损耗；遗忘算法
0引言
在资源、能源紧缺的背景下，高层建筑电气节能起到重要作用，可以节约建筑电气用电量，降低高层建筑能耗，提高高层建筑绿色化、节能化水平，推动高层建筑可持续发展。相关统计数据显示，2019年，高层建筑能源耗损率占社会总能源耗损率的35%，相比于2018年增长了1.03%。电能支出是高层建筑运营成本的主要部分，节约高层建筑电气能源不仅可以降低高层建筑成本支出，还能提高能源综合利用率，因此目前大部分高层建筑采取了电气节能技术。受内、外因素影响，电气设备在运行过程中会出现负载不均衡现象，即电气设备的有功功率、无功功率及负序电流处于不平衡状态，这在一定程度上影响了电气节能效果，需要采取有效手段控制电气节能负载。国内高层建筑智能化电气节能负载控制技术起步较晚，技术还不够成熟；传统技术在实际应用中控制效果较差，高层建筑电气节能负载率仍旧较高，传统技术已经无法满足实际需求。为此，文章提出高层建筑智能化电气节能负载控制技术。
1高层建筑智能化电气节能负载控制技术设计
考虑到高层建筑电气设备数量较多，会导致电气设备能源损耗增加，从而影响电气节能效果，故提出智能化电气节能负载控制技术[1]。该技术可以分成三部分：（1）建立高层建筑电气数学模型，根据高层建筑电气实际情况，利用数学方程式进行描述；（2）预测高层建筑电气设备能源损耗，描述电气设备之间的损耗关系；（3）根据预测的电力损耗，利用遗传算法求出最优电气参数，如图1所示，高精度控制高层建筑电气设备有功功率、无功功率及负序电流，降低能源损耗，从而实现高层建筑电气节能负载控制。
1.1高层建筑电气数学模型建立。在高层建筑电气节能系统中，电气设备三相瞬时功率的总和一定，即在理想状态下，电气设备三相总和的有功功率与三相瞬时功率相等。但是，在实际应用中电气电源会存在大量谐波，使高层建筑电气设备之间存在部分无功功率。在高层建筑配电系统中，电气设备交流侧输出的不是无源负载，而是配电输出。假设以任意一个电气设备为一个节点，两个节点之间的电压幅值由有功功率决定。如果高层建筑配电系统中有功功率过大，会产生电压损耗。此时，可以通过高层建筑电气节能技术中的无功补偿技术，减少两个节点之间的电压损耗，两个节点之间的补偿功率用公式表示如下（1）式中：Δu为两个节点之间的补偿功率；r为高层建筑配电网无穷大系统等效戴维南阻抗；a1为任意一个电气节点的有功输入；a2为任意一个电气节点的有功输出；x为高层建筑电气设备等效阻抗；e为无穷大系统的等效电势；v为高层建筑电气节能负荷的供电电压。根据式（1），只要适当控制高层建筑电气有功输出的大小，即可调节高层建筑整个配电系统的电压水平[2]。在式（1）基础上，得到高层建筑电气输出电压总和的计算公式：（2）式中：U为高层建筑电气输出电压总和；w为高层建筑电气的比例系数；ε为高层建筑电气输出电压之间的夹角[3]。高层建筑配电系统采用的是三相电压，高层建筑电气数学模型可用方程式表示为（3）式中：L为高层建筑电气设备漏电感；U1、U2、U3为高层建筑电气设备三相电压；R(t)为高层建筑电气设备电阻；k为未知参数。根据式（3），高层建筑电气数学模型中含有一个未知参数，后续只有对未知参数进行最优求解，才能有效控制电气节能负载。
1.2动态电力损耗预测。根据上文分析，高层建筑电气设备运行过程中会产生一定的电能损耗，建立的数学模型为理想情况下高层建筑电气等效模型。根据高层建筑电气实际情况，对其动态电力损耗进行预测。高层建筑电气设备电力损耗与电路中的设备元件电阻有关，电气总损耗为（4）式中：W为高层建筑电气总损耗；n为高层建筑中的电气设备数量；q为高层建筑电气设备的励磁电阻；S为电路中电气元件的定子电阻；P为高层建筑电气电路中的电流变化率[4]。在实际应用中，高层建筑电气设备所消耗的电能与电势成正比，即电气设备电势越高，所消耗的电能越多，并且在电气设备能源损耗关系中，电气设备电流随着设备负载的改变而改变[5]。除此之外，在电气设备电压不发生改变的情况下，电气励磁电路中也会产生电阻损耗，为了减少计算误差，式（4）可以调整为（5）式中：μ为励磁电路中的导体电压；V为励磁电路中的导体电势；ξ为高层建筑电气设备电压变频率。利用上式可以计算出高层建筑电力损耗，为后续电气节能负载控制提供依据。
1.3电气节能负载控制。高层建筑电气节能负载控制实质是控制电气电网的有功功率、无功功率和负序电流，使其处于均衡状态，从而降低负载[6]。若要达到这一目的，关键在于对高层建筑电气数学模型中未知参数进行寻优求解，当参数为最优值时，高层建筑电气电力损耗最低，电网达到稳定平衡状态。该未知参数与高层建筑电气功率的二倍频模值存在一定的线性关系，需要根据预测的电力损耗，计算出高层建筑电气功率的二倍频模值，其计算公式为（6）式中：Z为高层建筑电气功率的二倍频模值；p1为高层建筑电气电网有功功率；p2为高层建筑电气电网的无功功率；I为高层建筑电气电网三相总有序电流值[7]。利用遗传算法对求解式（6）中参数k的最优值，计算公式为（7）式中：α1为种群交叉概率；α2为种群遗忘概率；λ为种群适应度；β为种群最佳权值。利用上述公式求出未知参数k的最优解，根据计算结果实时调整高层建筑电气数学模型参数，从而使电气电能损耗最小，负载最低，进而实现电气节能负载控制。
2实验论证
为了了解文章设计的高层建筑智能化电气节能负载控制技术的应用效果，需要进行实验论证。实验以某高层建筑为实验环境，该高层建筑楼层数量为25层，楼层高度为153m，含有14个电气设备，其中包含6台节能干式35kV变压器和8台节能湿式35kV变压器，电气设备负载率较高，在75%～95%。利用文章设计技术与传统技术对该高层建筑进行智能化电气节能负载控制。实验采用相关检测仪器设备，获取该高层建筑电气设备运行数据，共采集到13.26GB数据样本。实时预测电气电力损耗，并调整高层建筑电气运行参数，控制电气节能负载，对高层建筑电气节能负载控制后，建筑电气电力损耗明显降低。为了进一步验证设计技术的负载控制效果，以负载率作为实验唯一指标，根据实际数据计算建筑电气设备负载率，并使用电子表格记录数据，分析表2中数据可以得出以下结论：应用设计技术，该高层建筑电气节能负载率最高仅为7.16%，负载率下降了近60%，电气节能负载率平均值为5.28%，说明设计技术具有良好的电气节能负载控制效果；应用传统技术，该高层建筑电气节能负载率最高为65.46%，仅下降21%，电气节能负载率平均值为52.43%，远远高于设计技术。实验结果证明，在控制精度方面，文章的设计技术优于传统技术，更适用于高层建筑智能化电气节能负载控制。
3结束语
文章在传统技术的基础上对其进行优化与创新，形成了新的高层建筑智能化电气节能负载控制思路，有效降低了高层建筑电气负载率，有助于提高高层建筑电气节能效果，同时有助于提高电气节能负载控制技术水平。此次研究具有良好的现实意义，但是由于研究时间有限，提出的技术尚未在实际中进行广泛应用，在某些方面还可能存在一些不足之处。今后需要对高层建筑智能化电气节能负载控制技术优化进行进一步探究，为其发展和应用提供丰富的理论依据。
作者:吴小波 单位:中国中元国际工程有限公司
