1 引言
随着全球能源短缺和环境污染问题日益严峻，发电行业面临着前所未有的节能减排压力。燃气-蒸汽联合循环电厂凭借高效、清洁的优势，在现代电力供应体系中扮演着日益重要的角色。然而，受技术水平、设备状况、运行管理等因素影响，燃机电厂在运行过程中仍存在能耗高、效率低等问题，亟需采取有效措施加以改善。
2 燃机电厂电气控制系统现状分析
2.1 系统组成与控制原理
燃机电厂电气控制系统是一个复杂的综合自动化系统，涉及发电机励磁、汽轮机调速、燃气轮机控制、热控系统等多个子系统。各子系统通过分散型控制系统（DCS）进行集中监控和协调控制，实现机组的安全、稳定、经济运行。发电机励磁系统的主要任务是控制发电机端电压和无功功率，保证机组并网运行的稳定性和电能质量[1]。励磁控制采用自并励和他励相结合的方式，通过调节励磁电流来实现。
汽轮机调速系统负责控制汽轮机转速和有功功率，是机组频率控制的关键。调速系统根据电网频率和负荷变化，调节汽轮机进汽量，保持机组输出与负荷平衡。燃气轮机控制系统的核心是燃料和空气的精确调节，以实现燃烧效率最优和污染物排放最低。燃机控制采用功率负荷控制和排温控制相结合的策略，兼顾经济性和安全性。热控系统负责锅炉汽包水位、过热蒸汽温度等参数的控制，确保蒸汽品质和供汽稳定性[2]。热控系统通过三冲量调节法，协调给水、燃料和蒸汽流量，实现锅炉的最佳工况。
2.2 存在的问题和节能潜力
尽管燃机电厂电气控制系统在设计和运行中不断优化，但受技术水平、设备状态、人员素质等因素制约，目前仍存在以下主要问题：
（1）控制策略有待优化。部分电厂的控制逻辑相对简单，缺乏针对设备特性和负荷特点的针对性设计，控制精度和动态性能不高，导致能效降低和设备损耗加快。
（2）设备效率有待提高。受限于技术升级和资金投入，电厂在用的部分电气设备如变频器、电动机等效率偏低，能耗高于同类先进设备，存在较大的节能空间。
（3）系统协调性有待加强。电气控制的各子系统往往独立设计和运行，缺乏整体协调优化，系统的综合效率未达到最佳，甚至出现"头痛医头、脚痛医脚"的局面。
（4）运行监测和数据分析不足。部分电厂的数据采集和传输系统不完善，缺乏对关键参数和设备状态的实时监控，数据利用水平不高，难以为优化控制和预测性维护提供可靠依据。
针对上述问题，亟需从优化控制策略、更新节能设备、强化系统集成、完善运行监测等方面入手，挖掘电气控制系统的节能潜力，实现能效提升和降本增效。
3 电气控制系统节能优化策略研究
3.1 控制策略优化
针对电气控制系统的特点和节能需求，本文提出以下控制策略优化措施：
（1）优化控制参数。根据机组的设计特性和运行工况，合理设定各控制回路的给定值、控制范围、响应速度等参数，在确保安全可靠的前提下，最大限度地提高能量转换效率和设备利用率。
（2）采用先进控制算法。引入模糊控制、神经网络、智能优化等现代控制理论和方法，建立自适应、自学习的控制模型，提高系统的鲁棒性和智能化水平，实现节能控制的动态优化。
（3）加强协调优化。统筹兼顾燃气轮机、余热锅炉、汽轮机等主要设备的特性和需求，建立综合协调控制模型，优化各子系统之间的功率平衡和能量流分配，减少能量损失和设备磨损。
（4）完善控制功能。在满足基本控制要求的基础上，开发节能控制、设备诊断、性能评估等高级功能，为节能优化和状态检修提供决策支持，提高电气控制系统的智能化水平。
3.2 节能设备改造
选用高效节能设备是提升电气系统能效的重要手段。结合电厂实际需求和技术经济分析，重点开展以下设备改造：
（1）高效变频装置应用。采用效率高、功率因数好、适用范围广的变频器，对电动给水泵、风机等大功率设备实施变频调速，在满足工艺要求的同时，最大限度地降低能耗。
（2）节能电机替代。选用稀土永磁同步电机等新型高效电机，替代传统的异步电机，提高电气传动效率。合理配置电机容量，避免大马拉小车，减少电能损耗。
（3）无功补偿优化。根据负荷变化情况，优化无功补偿装置的容量和投切策略，减少无功电流损耗，提高功率因数，降低输配电损失。
（4）谐波治理加强。采用有源电力滤波器等先进的谐波治理装置，抑制电气设备产生的谐波污染，提高电能质量，减少谐波损耗。
通过以上节能设备改造，可显著提高电气系统效率，降低能耗费用。以某燃机电厂为例，更新节能电机后，综合效率提高1.5%，年节电200万kWh；优化无功补偿后，厂用电率下降0.2个百分点。
3.3 运行监测与数据分析
完善电气设备运行监测和数据分析是实现节能优化控制的重要基础。应重点加强以下方面工作：
（1）健全数据采集体系。完善电气量、热工量、设备状态等各类数据的采集、传输和存储系统，提高数据采集的精度、可靠性和实时性，为优化控制和状态评估提供数据支撑。
（2）强化数据分析应用。运用大数据、机器学习等先进技术，对海量运行数据进行挖掘和分析，建立设备性能模型和故障诊断模型，指导节能运行和预测性维护，提高能源利用效率。
（3）优化设备维护策略。依托数据分析，准确掌握设备健康状态，实施状态检修和可靠性维修，减少非计划停机时间，提高设备完好率和利用小时数，从而降低生命周期成本。
（4）加强能耗统计和对标。建立完善的能耗统计体系，对电厂生产全过程能耗实行分类计量、统一考核，强化节能激励约束机制。开展同类电厂能耗对标，找出差距，持续改进。
通过运行监测和数据分析，可切实提高能源管控水平。以某燃机电厂为例，引入设备状态监测系统后，每年可减少检修工作量20%，非停次数下降10%；能耗对标后，发电煤耗下降2克/千瓦时，年节约燃料费用300万元。
4 电气节能技术应用效果分析
4.1 项目概况
该燃机电厂装机容量为2×390MW级燃气-蒸汽联合循环机组，电气控制系统采用ABB的INFI90分散控制系统，配套相关保护和网控设备。经过多年运行，电气设备存在不同程度的老化和效率下降问题，亟需实施节能优化改造。
4.2 主要实施措施
（1）更新励磁控制装置，采用静止无刷励磁和数字化调节器，优化励磁控制曲线，提高励磁效率和可靠性。
（2）改造燃机控制系统，引入模型预测控制和多目标优化算法，实现燃烧效率和排放性能的协调优化。
（3）更新电动给水泵变频装置，采用高压大功率变频器，扩大调速范围，根据锅炉负荷实现精确调速，减少能量损失。
（4）实施厂用电系统节能改造，优先采用节能电机，优化功率补偿，加强用电管理，降低厂用电率。
（5）完善电气设备状态监测系统，实现温度、振动、绝缘等关键参数的在线监测，开展故障诊断和寿命预估，指导状态检修。
（6）强化能耗统计和管理，建立能效评价体系，开展节能考核和激励，调动全员节能积极性。
4.3 节能效果评价
经过一年的运行，该电厂的电气节能改造项目取得了显著效果。主要体现在：
（1）发电机效率提高0.4个百分点，励磁损耗下降15%。
（2）汽轮机热耗率下降0.8%，年节约标煤0.4万吨。
（3）厂用电率下降0.4个百分点，年节约电量500万kWh。
（4）设备故障率下降20%，检修费用降低15%。
（5）供电煤耗下降3克/千瓦时，年减排二氧化碳1.2万吨。
可见，综合采取电气节能措施，可在不影响电厂安全性和可靠性的前提下，显著提升能源利用效率，降低生产成本，减少污染排放，实现多方共赢。
参考文献
[1]朱盛和. 电气自动化技术在节能降耗中的应用与研究 [J]. 中国品牌与防伪, 2024, (07): 102-104.
[2]孟肖楠. 火力发电厂电气节能降耗技术研究 [J]. 科技资讯, 2024, 22 (02): 94-96.
