油田電力系統(tǒng)自動化控制技術(shù)的應(yīng)用

張嘯嘯(中海石油(中國)有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518000)

0 引言

電力系統(tǒng)是由各種電力設(shè)備組成，不同電力設(shè)備在油田生產(chǎn)過程中擔(dān)任不同的運作責(zé)任，只有維護好電力設(shè)備的運行系統(tǒng)，才能夠保障整個自動化系統(tǒng)平穩(wěn)運行。自動化控制技術(shù)是基于油田工業(yè)的工作特點，將整個工業(yè)產(chǎn)業(yè)的工作流程與信息化技術(shù)相融合，研發(fā)出高效率的、智能化的控制系統(tǒng)，對整個工作環(huán)節(jié)展開實時管理與監(jiān)控，該技術(shù)具有高效、節(jié)能的工作特點，能夠?qū)⒏黜椥畔?shù)據(jù)準(zhǔn)確記錄分配，使整個數(shù)據(jù)記錄與傳輸更加精準(zhǔn)，提高油田生產(chǎn)工作效率。

1 電力系統(tǒng)自動化技術(shù)概述

電力系統(tǒng)自動化技術(shù)是依托各種電力設(shè)備運行，不同電力設(shè)備能夠在自動化系統(tǒng)中擔(dān)任不同的工作，維護各項電力設(shè)備穩(wěn)定運行。電力系統(tǒng)自動化控制技術(shù)是基于信息技術(shù)研發(fā)而成，具有自動監(jiān)測、自動控制的優(yōu)良性能，能夠?qū)τ吞镩_采各項設(shè)備展開精準(zhǔn)的智能化管理，保障整個電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定，提高了電力技術(shù)在油田開采中的重要促進作用。

在油田開采過程中電力系統(tǒng)自動化控制技術(shù)是提高油田質(zhì)量的必要手段，主要指的是通過對電力系統(tǒng)設(shè)備進行遙控、遙信、遙測、遙調(diào)加強對電力系統(tǒng)的控制管理效率：一，遙控指的是運用遠程控制技術(shù)，使用計算機發(fā)送或接收電力設(shè)備信號，根據(jù)具體的工作指示設(shè)置工作程序；二，遙信是影響整個控制技術(shù)運行的重要組成部分，其主要任務(wù)是將各項數(shù)據(jù)信息進行統(tǒng)一收集，并分析數(shù)據(jù)結(jié)果將其發(fā)送于總控制系統(tǒng)，由總控制系統(tǒng)根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整工作方案；三，遙測運用信息技術(shù)以及各個電力設(shè)備的節(jié)點對電力系統(tǒng)展開遠程測算，測算結(jié)果可以同步發(fā)送于各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，實現(xiàn)工作內(nèi)容的高效共享；四，遙調(diào)是在電氣化設(shè)備運行中對所有電氣系統(tǒng)進行調(diào)整與控制，確保油田開采工作中電氣設(shè)備可以受到遠程直接監(jiān)管與控制[1]。在油田開采工作中，利用信息技術(shù)打造的電力系統(tǒng)自動化控制技術(shù)能夠連接電力網(wǎng)絡(luò)，調(diào)整整個區(qū)域的供電水平以及設(shè)備利用率，增強其經(jīng)濟效益。

2 油田電力系統(tǒng)自動化控制技術(shù)的應(yīng)用要求及應(yīng)用原理

2.1 電力系統(tǒng)自動化技術(shù)的基本要求

油田電力系統(tǒng)自動化控制技術(shù)必須要具備以下三個要求：一，能夠迅速收集和檢測電力系統(tǒng)中各個源部件的參數(shù)，為整體系統(tǒng)運行做好保障；二，能夠自行根據(jù)電力系統(tǒng)的實際運行現(xiàn)狀以及技術(shù)要求，為管理維修人員提供決策及問題解決方案，實現(xiàn)對各個原部件的直接調(diào)整與維修；三，能夠在最短的時間內(nèi)對系統(tǒng)內(nèi)各層次部件的運行進行協(xié)調(diào)，尋求最安全高效的供電方案；四，運用電力系統(tǒng)自動化控制技術(shù)不僅可以有效減少人力、物力的投入，也可以提高其數(shù)據(jù)測量的精準(zhǔn)度，保障工作質(zhì)量。

2.2 電力系統(tǒng)自動化技術(shù)的工作原理

自動化控制技術(shù)主要是針對電能生產(chǎn)、傳輸、管理等方面進行自動控制管理，實現(xiàn)電力設(shè)備的自動化管理。該技術(shù)的應(yīng)用目的是為了保障油田開采工作的供電質(zhì)量，使整個工作系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運行，并通過精準(zhǔn)的計算機計算減少電能耗損，提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。目前我國油田開采所使用的電力系統(tǒng)自動化控制技術(shù)主要包括實時監(jiān)控、自動系統(tǒng)控制以及電力負荷控制三個方面:一，實時監(jiān)控一般是由多臺小型或微型計算機組成的全方位監(jiān)控系統(tǒng)，可以實時調(diào)度電力設(shè)備的運行參數(shù)；二，自動系統(tǒng)控制指的是利用編程系統(tǒng)對電力控制系統(tǒng)進行調(diào)度，保障整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行；三，電力負荷控制指的是通過控制系統(tǒng)檢測整個電力系統(tǒng)的運行情況，并通過合理計算減少電力負荷?？傊詣踊刂萍夹g(shù)需要在計算機的幫助下才能進行工業(yè)計算、財務(wù)計算、生產(chǎn)計算以及資料檢索等多項工作。

2.3 電力系統(tǒng)自動化控制技術(shù)的功能

在油田開采工程中，電力系統(tǒng)自動化控制技術(shù)必須包含以下三個功能：一，監(jiān)測和控制功能。監(jiān)測和控制功能能夠自動對電力設(shè)備進行監(jiān)測，為現(xiàn)場施工人員提供實時數(shù)據(jù)支持。相對來說自動化電力管理控制系統(tǒng)相比起人工電力管理控制系統(tǒng)安全性更高，能夠在24小時精準(zhǔn)的控制下完成電力監(jiān)測，實現(xiàn)高效率信息采集與處理；二，系統(tǒng)安全分析功能。其主要功能指的是利用電力設(shè)備的實時數(shù)據(jù)進行分析，根據(jù)分析結(jié)果判斷電力設(shè)備中是否存在故障或其他問題，并通過模擬計算的方式預(yù)判在各種情況下可能會發(fā)生的事故，并提供更好的問題解決方案，減少危險事件發(fā)生；三，經(jīng)濟調(diào)度。電力控制系統(tǒng)的經(jīng)濟調(diào)度主要體現(xiàn)于安全性，在電力能源儲蓄達到相關(guān)要求的前提下可以通過低功率運行的方式減少發(fā)電及燃料成本，優(yōu)化整個電力系統(tǒng)的經(jīng)濟負荷，確保為整個電力系統(tǒng)提供最安全可靠的電力供應(yīng)[2]。

3 電力系統(tǒng)自動化控制技術(shù)分類

3.1 專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)是根據(jù)電氣工程的多年研發(fā)理論以及專家工作經(jīng)驗，結(jié)合計算機技術(shù)構(gòu)建成獨屬于油氣開采領(lǐng)域的專家級別計算機智能程序，該程序能夠在完全無人管理的情況下自動分析電力系統(tǒng)中所存在的各種問題，為管理者提供直觀的數(shù)據(jù)以及問題解決方案。但是作為專家系統(tǒng)必須要依靠某一個領(lǐng)域的研發(fā)知識，其知識數(shù)據(jù)基礎(chǔ)影響了控制系統(tǒng)的水平。所以專家系統(tǒng)還需要包括知識庫、推理庫、數(shù)據(jù)庫的多項技術(shù)，依靠多種程序的相互支持，形成高質(zhì)量的自動化控制技術(shù)。

3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是基于人類大腦神經(jīng)構(gòu)成的一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能夠通過學(xué)習(xí)與模擬建立起一個相對完善的控制系統(tǒng)，需要多個數(shù)據(jù)系統(tǒng)進行分布式連接處理。該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是基于人類大腦神經(jīng)所構(gòu)建的一個十分復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，需要大量的神經(jīng)元相互連接、相互控制，長期進行高重復(fù)度的非線性學(xué)習(xí)。該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)十分適用于各種復(fù)雜的電力系統(tǒng)當(dāng)中，可用于處理模糊的信息或精準(zhǔn)度較低的數(shù)據(jù)。隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展，在電氣設(shè)備的信號處理、系統(tǒng)組合優(yōu)化以及遠程控制方面均具有較高的應(yīng)用價值。

3.3 模糊邏輯控制

模糊邏輯控制指的是基于各種模糊理論、模糊語言變量以及模糊邏輯推理設(shè)計的一項數(shù)字控制技術(shù)，該技術(shù)包括定義變量、模糊化、邏輯判斷等幾個方面。在該技術(shù)運行過程中，控制系統(tǒng)需要通過定義變量、知識庫、邏輯判斷以及反模糊化等技術(shù)展開運行。系統(tǒng)中的定義變量直接影響整個系統(tǒng)的控制性能以及被觀察對象的狀態(tài)，隨后通過模糊化將輸入值按照一定要求轉(zhuǎn)化為數(shù)值，并利用口語表達整個測量過程及結(jié)果。知識庫可以通過原有的數(shù)據(jù)提供模糊數(shù)據(jù)，利用規(guī)則庫對系統(tǒng)展開語言描述及目標(biāo)控制。這一控制技術(shù)是模仿人類的思維方式運用。模糊邏輯可以自行進行推理與推論，從而得到模糊控制信息，并利用反模糊化推理出具體到控制信號，實現(xiàn)整個電力系統(tǒng)的有效監(jiān)測與控制。

4 油田電力自動化控制技術(shù)的應(yīng)用

油田開采是我國工業(yè)領(lǐng)域的一項重要工作，由于油田開采的環(huán)境十分復(fù)雜，對各種電力設(shè)備的可靠性及穩(wěn)定性具有較高的要求，而且我國油田開采的電力設(shè)備來源于不同生產(chǎn)廠家，不同生產(chǎn)廠商的電力設(shè)備很難實現(xiàn)數(shù)據(jù)交融互通，因此無法在最短的時間內(nèi)對整個油田的電力控制系統(tǒng)進行了解，并發(fā)出相應(yīng)的指令，這嚴重影響了油田開采的效率。運用電力系統(tǒng)自動化控制技術(shù)能夠加強電力設(shè)備以及電力系統(tǒng)之間的聯(lián)系，運用計算機技術(shù)對各個環(huán)節(jié)展開實時監(jiān)測，通過遠程遙控對各項數(shù)據(jù)展開分析、保存與管理。

4.1 數(shù)據(jù)采集與遠程監(jiān)控

運用計算機技術(shù)展開數(shù)據(jù)采集與遠程監(jiān)控能夠加強對現(xiàn)場的管理與調(diào)度。比如運用電力系統(tǒng)自動化控制技術(shù)能夠?qū)崟r對現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實時信息采集，并控制現(xiàn)場電力設(shè)備，了解工藝參數(shù)，做好危險警報。但是遠程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控對通信系統(tǒng)的要求較高，如果通訊系統(tǒng)無法在最短的時間內(nèi)實現(xiàn)各個傳感器的信息采集、傳輸則會導(dǎo)致工作人員對施工現(xiàn)場的異常情況無法做出有效判斷和應(yīng)對[3]。因此在該系統(tǒng)運用過程中一般采用無線通信網(wǎng)絡(luò)。利用該網(wǎng)絡(luò)不需要使用電纜即可讓各節(jié)點之間產(chǎn)生無間隔連接，可以避免由于通訊線過多而影響信號之間的相互傳輸。在系統(tǒng)運行時，數(shù)據(jù)采集傳感器能夠?qū)崟r采集油田中各個電力設(shè)備的運行信息，并將其信息發(fā)送至下機位通訊系統(tǒng)，隨后可以將保存的信息數(shù)據(jù)傳輸于數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，數(shù)據(jù)庫又可以根據(jù)不同管理部門的實際需求合理分配信息，保障各項信息采集的準(zhǔn)確性與有效性，實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的高效共享，也有利于讓企業(yè)及時了解油田開采情況，分析油田開采過程中可能出現(xiàn)的問題，有效提高故障處理速度，避免安全事故。

4.2 電力系統(tǒng)設(shè)計

在油田工程中使用的電力系統(tǒng)自動化控制技術(shù)必須要根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，確保各監(jiān)測設(shè)備可以相互連接，使系統(tǒng)之間能夠建立良好的互動關(guān)系，提高整個系統(tǒng)的安全性與可靠性。這就需要在建立系統(tǒng)的設(shè)計過程中遵循相關(guān)原則，所采用的通訊設(shè)備以及電氣設(shè)備也需要滿足油田開采信息化的要求，避免影響油田信息化建設(shè)?；趥鹘y(tǒng)的油田電氣設(shè)備管理系統(tǒng)，可以通過增加改造費用的方式拓展系統(tǒng)性能。也可采用分層設(shè)計的方式在電力系統(tǒng)中合理安裝監(jiān)控檢測設(shè)備，逐步調(diào)整整個電氣系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性，并使其符合未來油田電氣設(shè)備的發(fā)展需求。比如在遠程控制與信息采集過程中信息傳輸必須要確保安全有效的高速傳送，如果受到外界干擾，則會導(dǎo)致其信息傳送的速度及準(zhǔn)確率受到影響，基于這一問題可根據(jù)不同設(shè)備的使用要求以及電氣設(shè)備的發(fā)展需求合理更換升級設(shè)備元件，加強技術(shù)控制，減少外界干擾，提高信息傳輸與檢測的工作質(zhì)量。

4.3 遠程化分布式系統(tǒng)設(shè)計

電力系統(tǒng)自動化控制技術(shù)的主要發(fā)展特征為遠程化、分布式兩大特點。所謂遠程化指的是在傳統(tǒng)RTU技術(shù)的基礎(chǔ)上，運用先進的大數(shù)據(jù)及人工智能系統(tǒng)，對各個電氣設(shè)備及計算機硬件系統(tǒng)進行連接、控制，這種方法設(shè)計周期短，且具有較好的擴展性和開發(fā)性。在此過程中也可以利用更多智能化的新型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備給予電氣設(shè)備的系統(tǒng)框架設(shè)計，使其能夠與時俱進，不斷發(fā)展。這種系統(tǒng)的構(gòu)建方式能夠跟隨信息技術(shù)以及科技社會的發(fā)展，不斷提高其性能具有較高的發(fā)展?jié)摿?，也有利于不斷?yōu)化電氣設(shè)備控制技術(shù)到工作性能。另外隨著能源消耗的不斷增加，以節(jié)約為核心的電力運行方式能夠獲得更高的技術(shù)支持和政策支持。在此背景下分布式電力控制系統(tǒng)由于其較高的靈活性和復(fù)合調(diào)峰性能，能夠有效降低電量損耗、節(jié)約電力資源，同時也能夠提高電力系統(tǒng)的供電穩(wěn)定性，非常符合當(dāng)下綠色社會發(fā)展的相關(guān)理念，也能夠為油田開采節(jié)約能源及經(jīng)濟成本。

4.4 數(shù)據(jù)故障預(yù)處理

電力系統(tǒng)自動化控制技術(shù)除了能夠進行數(shù)據(jù)收集發(fā)送之外，還能夠?qū)Ω黜棓?shù)據(jù)展開分析，預(yù)測油田開采工作中電力設(shè)備可能會出現(xiàn)的事故風(fēng)險，并向各個控制站發(fā)送指令或直接遙控調(diào)度不同節(jié)點，隨后向公司管理部門上傳數(shù)據(jù)分析結(jié)果以及問題故障預(yù)處理方案。因為在每一個設(shè)備上安裝的控制系統(tǒng)都能夠?qū)崟r監(jiān)測設(shè)備的工作狀態(tài)，并與其他設(shè)備節(jié)點進行交互。系統(tǒng)各節(jié)點的數(shù)據(jù)能夠在傳輸分析之后發(fā)送于總控制臺，總控制臺可利用數(shù)據(jù)庫信息以及風(fēng)險預(yù)測系統(tǒng)對目前各個電氣設(shè)備的工作現(xiàn)狀展開統(tǒng)一分析，若發(fā)現(xiàn)某一節(jié)點出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸偏差，則會在數(shù)據(jù)庫內(nèi)不斷尋找對比數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)偏差的形成原因，基于數(shù)據(jù)偏差的形成原因向工作人員發(fā)送數(shù)據(jù)分析結(jié)果，并提供問題預(yù)處理方案。這種方法可以有效提高各項數(shù)據(jù)檢測的質(zhì)量，也能夠提高問題解決的效率。工作人員可基于數(shù)據(jù)分析結(jié)果，并結(jié)合工作經(jīng)驗制定明確的問題解決方案，有效減少各種問題而造成的工作事故。

5 結(jié)語

隨著現(xiàn)代經(jīng)濟社會的高速發(fā)展，在油田開采工程中電力設(shè)備的使用直接影響了油田開采工程的質(zhì)量與效率，目前電力系統(tǒng)已經(jīng)成為油田開采領(lǐng)域的重要組成部分，合理利用電力系統(tǒng)自動化控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)各電力系統(tǒng)之間的有效銜接與監(jiān)測，促進各設(shè)備之間建立良好的數(shù)據(jù)共通關(guān)系，實現(xiàn)高質(zhì)量的信息數(shù)據(jù)管理、傳輸與處理。隨著電力系統(tǒng)的有效運行也能夠減少電力系統(tǒng)的運行成本，提高整體工作質(zhì)量，為我國油田開采事業(yè)發(fā)展打下良好基礎(chǔ)。