PLC變電站分級遞階控制系統的結構分析

同寬慶

摘 要：可編程控制器（PLC）被稱為現代工業控制的三大支柱（PLC、機器人和CAD/CAM）之一，具有可靠性高，易于控制，編程使用簡單，性價比高，環境適應性強等特點，已被廣泛地應用于控制領域，在變電站綜合自動控制中也已有應用。利用計算機運算速度快，信息處理方便，顯示性能高的優點，將其作為上位機，行使管理功能，與PLC形成一個優勢互補的分級遞階控制系統。這樣，PLC就可以執行復雜的控制職能，從而可以對變電站進行最優綜合控制。

關鍵詞：PLC；自動控制；分級遞階控制系統

變電站自動化，也稱變電站綜合自動化，是伴隨著計算機及大規模集成電路技術的發展而出現的，國際上在20世紀70年代末就研制出了實驗系統。到了90年代，計算機的性能也十分強大·穩定，價格持續下降，并隨著計算機通信技術和網絡技術的發展，變電站自動化系統的性能也是滿足電力系統運行的要求。建設和運行經驗表明，變電站自動化系統可帶來節省電纜、縮小控制室面積、提高監控水平、積累運行數據和節省人力等方面的顯著效益，現已成為新建變電站首選的監控模式。

當前，已有變電站將PLC引入控制系統中，但是僅僅利用PLC對開關量進行控制，如對有載調壓變壓器分接開關的調節，并聯補償電容器的投切等。遠沒有充分發揮PLC的強大功能。

一、組織級的設計

組織級是本系統的最高級，承擔著最優決策的功能。當前變電站綜合控制大部分仍是按照傳統的九區控制方法，利用電壓和無功功率雙參數將變電站運行狀態分為九個區，根據各個區所對應的控制方案進行調節。因此，我們對傳統的控制策略也作了改進，引入了無功調節判據，提出了模糊邊界的無功調節。基于電壓與無功的相互影響，對電容器組的投切判據建立如下數學模。

式中：U0為標準電壓；Q0為每組電容器的容量；U為電壓實時值；Q為實時功率值；α1，α2為權重系數。

根據上面推導出的數學模型，可以得到修正后的電壓無功雙參數調節的模糊邊界，如圖1所示。

我們利用計算機進行模糊推理，得到最優控制策略，形成控制規則表，將其傳遞到下級進行協調控制。同時該級為操作人員提供了良好的人機界面，將電壓、電流、有功、無功等信息以曲線圖、柱狀圖等形式實時反映出來，并且在出現異常情況時可進行聲光報警，使操作人員可以及時全面的了解系統運行情況，并可對生產過程進行調節和控制。

二、監控/協調級的設計

該級的主要功能是完成組織級下達的命令，負責執行級PLC的協調工作。該級可由計算機或主PLC構成，隨著PLC性能價格比的不斷提高，一般變電站的監控/協調級都可由主PLC承擔。在變電站中，多變壓器的同步調節主要由該級負責，同時它還負責執行級現場信息的傳輸，在整個分級遞階控制中起著橋梁作用。

在小型的變電站中，為了節省投資，也可以將組織級和監控/協調級集成在一個高性能的計算機中。

三、執行級的設計

執行級的智能程度最低，但控制精度和實時性要求最高。由于變電站電磁干擾嚴重，常規的控制器件難以達到精確控制，因而可靠性高、實時性好、性能價格比高的PLC是最佳選擇。由于PLC與計算機聯網，可以將最優控制結果下載到PLC，利用PLC實現各種最優控制。對于主要器件如主變壓器，可以采用PLC的冗余技術更進一步提高可靠性。所謂PLC冗余技術即正常運行時，一臺PLC作為主PLC進行控制，其它的PLC作為備用，監視系統運行。當主PLC發生故障時，由PLC協調器件指定另外一臺PLC作為主PLC，控制系統運行，將有故障的PLC換下維修。由于PLC發生故障的幾率十分小，采用冗余技術后的故障率幾乎為零。

四、總結

現在的PLC大多提供了現場總線技術，利用組態軟件可以方便的將現場的多臺PLC組成現場總線局域網。現場總線采用開放式的標準總線結構，可以十分方便的將分散的智能化設備連接起來，有利于徹底的實現分布式控制，而且有利于各臺PLC的協調動作，提高了系統的可靠性。

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