PLC在電力供電系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘#8195;要:PLC是在傳統(tǒng)順序控制器的基礎(chǔ)上引入了微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通訊技術(shù)而形成的新型工業(yè)控制裝置，其主要是用來取代繼電器、執(zhí)行邏輯、記時(shí)、計(jì)數(shù)等順序控制功能，建立柔性的程控系統(tǒng)。本文從現(xiàn)代社會(huì)對(duì)配電的要求、電力企業(yè)的發(fā)展需要等方面，簡述中低壓配電網(wǎng)自動(dòng)化的必要性;對(duì)配電網(wǎng)自動(dòng)化的幾種現(xiàn)有方案進(jìn)行比較，提出了用可編程序控制器(PLC)來實(shí)現(xiàn)中低壓配電網(wǎng)自動(dòng)化的解決方案，并對(duì)PLC方案的實(shí)現(xiàn)作了基本介紹。

關(guān)鍵詞:電力系統(tǒng) 中低壓配電網(wǎng) 自動(dòng)化 可編程控制器

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)中低壓配電網(wǎng)的自動(dòng)化已成為電力系統(tǒng)發(fā)展的趨勢。中低壓配電網(wǎng)作為輸配電系統(tǒng)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，其自動(dòng)化的程度與供用電的質(zhì)量和可靠性密切相關(guān)。

一、實(shí)現(xiàn)中低壓配電網(wǎng)自動(dòng)化的必要性

1.提高人們生活質(zhì)量、發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)的需要

隨著信息時(shí)代的到來，要求不間斷供電的計(jì)算機(jī)設(shè)備越來越多，給電力供電系統(tǒng)提出了更高的要求。停電或限電會(huì)導(dǎo)致減產(chǎn)，而突發(fā)停電則會(huì)危害工廠的重要設(shè)備。只有實(shí)現(xiàn)中低壓配電網(wǎng)的自動(dòng)化，才可能最大限度地提高供電質(zhì)量，滿足人們?nèi)粘Ｉ罟ぷ髋c生產(chǎn)的需要。

2.電力企業(yè)自身發(fā)展的需要

實(shí)現(xiàn)中低壓配電網(wǎng)自動(dòng)化，可直接提高整個(gè)電網(wǎng)的管理水平:可以提高供電的質(zhì)量和可靠性;提高整個(gè)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，減輕維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度;減少操作人員，增強(qiáng)電力系統(tǒng)的免維護(hù)性;有利于提高設(shè)備的安全和健康水平，延長使用壽命。

二、中低壓配電網(wǎng)自動(dòng)化方案

1.電力系統(tǒng)自動(dòng)化現(xiàn)有方案的比較

中低壓配電網(wǎng)(主要指開關(guān)站、開關(guān)房、開閉所)的自動(dòng)化和變電站的自動(dòng)化具有一定的相似性。因此，分析變電站自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)方法，對(duì)于正確確定中低壓配電網(wǎng)自動(dòng)化方案具有重要的意義。

變電站自動(dòng)化系統(tǒng)由五個(gè)部分組成:主站、遠(yuǎn)方終端單元(RTU)、線路傳感器、遠(yuǎn)方控制SF6或真空開關(guān)、通信電纜。其中RTU裝置位于變電站現(xiàn)場，可以自動(dòng)采集各種開關(guān)狀態(tài)量(遙信)、模擬量(遙測)，并經(jīng)專用通道傳遞到監(jiān)控中心的主站系統(tǒng)。有的RTU還可以按監(jiān)控人員的意圖和指令執(zhí)行特定的遙控操作，并將操作結(jié)果返送監(jiān)控中心主站系統(tǒng)。

從變電站RTU可以實(shí)現(xiàn)的功能來看，變電站的自動(dòng)化包括三個(gè)方面的內(nèi)容:遙信、遙測、遙控。與此相應(yīng)，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)可以分為兩類:一類只實(shí)現(xiàn)了遙信、遙測的功能，即傳統(tǒng)的SCADA系統(tǒng);而新的SCADA系統(tǒng)則屬于另外一類，它可以實(shí)現(xiàn)所有“三遙”功能。這兩類系統(tǒng)對(duì)應(yīng)著電力系統(tǒng)自動(dòng)化的不同階段和水平。

從變電站RTU實(shí)現(xiàn)遙測的方法來看，RTU存在兩種實(shí)現(xiàn)方案:直流采樣方案，這種類型的RTU裝置在采集模擬量之前，先利用變送器將交流轉(zhuǎn)化成直流，然后再使用RTUA/D轉(zhuǎn)換元件將直流量表示成數(shù)字量;交流采樣方案，這種類型的RTU裝置直接使用A/D轉(zhuǎn)換元件對(duì)交流電量進(jìn)行采集計(jì)算，無需變送器之類的轉(zhuǎn)換設(shè)備，但需要快速的數(shù)字處理單元進(jìn)行配合，以對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、綜合。

2.中低壓配網(wǎng)自動(dòng)化的應(yīng)用特點(diǎn)

(1)傳統(tǒng)的變電站RTU在功能上偏重遙信、遙測，但中低壓配電網(wǎng)的自動(dòng)化對(duì)象(開關(guān)房、開閉所和配電房)數(shù)目繁多，開關(guān)操作頻繁，更注重遙信、遙控功能。

(2)中低壓配電網(wǎng)的自動(dòng)化對(duì)象遍布城市、農(nóng)村等各種不同環(huán)境，主要由不同層次的用電管理人員(包括農(nóng)村電工)操作，更要求其具有安裝靈活、易操作、免專業(yè)維護(hù)、抗惡劣環(huán)境等特點(diǎn)。

(3)應(yīng)用于中低壓配電網(wǎng)的RTU，在功能上應(yīng)具有模塊化結(jié)構(gòu)，在硬件上要越簡單、越可靠越好。

三、中低壓配電網(wǎng)自動(dòng)化RTU的PLC實(shí)現(xiàn)

可編程序控制器(PLC)技術(shù)經(jīng)數(shù)十年的發(fā)展，已經(jīng)相當(dāng)成熟，品種齊全、功能繁多，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域。用PLC來實(shí)現(xiàn)中低壓配電網(wǎng)自動(dòng)化的RTU功能，能夠很好地滿足RTU特有的要求。

目前有許多來自于著名廠家的PLC產(chǎn)品，可以滿足不同應(yīng)用的特殊要求。大多數(shù)的PLC產(chǎn)品都包含有離散點(diǎn)輸入和輸出(點(diǎn)數(shù)的多少可以依據(jù)應(yīng)用情況增減)、模擬采樣輸入、時(shí)鐘、通信等功能，利用這些現(xiàn)成的PLC功能，可以方便地實(shí)現(xiàn)中低壓配電網(wǎng)自動(dòng)化的RTU功能。包括使用PLC的離散輸入點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)遙信、用PLC的離散輸出點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)遙控、用PLC的模擬采樣輸入來實(shí)現(xiàn)遙測、用PLC的通信功能來實(shí)現(xiàn)和主機(jī)的通信。這樣就無需額外硬件，只需根據(jù)開關(guān)房的實(shí)際情況，對(duì)PLC進(jìn)行簡單編程即可。不僅如此，利用PLC的模擬輸出功能，甚至還可以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的遙調(diào)，例如調(diào)節(jié)調(diào)壓變壓器的變比，調(diào)節(jié)靜止無功補(bǔ)償設(shè)備的電壓、電流相角等。

有這樣一種基于PLC的中低壓配電網(wǎng)自動(dòng)化的RTU實(shí)現(xiàn)方案，完全可以滿足中低壓配網(wǎng)自動(dòng)化的特殊要求。它具有以下特點(diǎn)和優(yōu)勢:硬件結(jié)構(gòu)簡單，完全免維護(hù);編程實(shí)現(xiàn)各種功能，免硬件調(diào)試;規(guī)模可大可小，只需將PLC的擴(kuò)展模塊連接在一起，就可以實(shí)現(xiàn)遙控點(diǎn)、遙信點(diǎn)、遙測點(diǎn)的增加;抗惡劣環(huán)境;高可靠性;費(fèi)用低廉。

PLC方案在具體設(shè)計(jì)時(shí)，包括以下幾個(gè)步驟:首先，獲取操作點(diǎn)數(shù)。了解配電網(wǎng)的基本情況及自動(dòng)化的具體要求，確定系統(tǒng)需要進(jìn)行遙控、遙信、遙測甚至遙調(diào)的設(shè)備，統(tǒng)計(jì)各信號(hào)的具體點(diǎn)數(shù)。其次，確定通信方案。根據(jù)配電網(wǎng)的規(guī)模及分布情況，確定總體設(shè)計(jì)方案，主要是通信方案的設(shè)計(jì)和選擇。最后，PLC選型。根據(jù)各處各種操作的點(diǎn)數(shù)以及所確定的通信方案，選擇適當(dāng)型號(hào)的PLC來實(shí)現(xiàn)RTU功能。由于RTU需接受監(jiān)控中心的指令，并上傳配電網(wǎng)、開關(guān)柜的信息，所以通信功能是選擇PLC的主要考慮因素。

由于各開關(guān)房、開關(guān)柜的操作類型、操作點(diǎn)數(shù)往往相差很大，因此PLC是否具有模塊化結(jié)構(gòu)和組態(tài)能力，是否能夠靈活、經(jīng)濟(jì)地組成輸入點(diǎn)、輸出點(diǎn)、測量點(diǎn)(A/D)、調(diào)節(jié)點(diǎn)(D/A)的規(guī)模可變系統(tǒng)，是選擇PLC型號(hào)的另一個(gè)主要考慮因素。在實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)應(yīng)用系統(tǒng)的具體特點(diǎn)和應(yīng)用環(huán)境的具體條件，全面、合理、靈活地考慮系統(tǒng)的要求。

總之，PLC控制系統(tǒng)的供電設(shè)計(jì)技術(shù)和低壓配電網(wǎng)自動(dòng)化，在提高供電質(zhì)量、用電可靠性中占有重要地位。利用PLC來實(shí)現(xiàn)中低壓配電網(wǎng)的RTU功能，具有簡單、可靠、易用等特點(diǎn)，是一個(gè)比較理想的實(shí)現(xiàn)方案。

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(作者單位:廣東省肇慶市高級(jí)技工學(xué)校)