摘要:從現(xiàn)代社會對配電的要求智谓、電力企業(yè)自身的發(fā)展需要鹏亥、國內(nèi)外配網(wǎng)自動化發(fā)展的狀況等方面,論述了中低壓配電網(wǎng)自動化的必要性恍像；對配電網(wǎng)自動化的幾種現(xiàn)有方案進(jìn)行了比較,提出了用可編程序控制器(PLC)來實(shí)現(xiàn)中低壓配電網(wǎng)自動化的解決方案,并對PLC方案的具體實(shí)現(xiàn)作了詳細(xì)的介紹乔胆。

關(guān)鍵詞:配電網(wǎng)；自動化常携；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)的自動化已成為電力系統(tǒng)發(fā)展的趨勢济季。中低壓配電網(wǎng)作為輸配電系統(tǒng)的最后一個環(huán)節(jié),其實(shí)現(xiàn)自動化的程度與供用電的質(zhì)量和可靠性密切相關(guān)。為此,本文特對中低壓配電網(wǎng)自動化的必要性及其實(shí)現(xiàn)方案作簡單的討論础呈。

1 實(shí)現(xiàn)中低壓配電網(wǎng)自動化的必要性

1．1 實(shí)現(xiàn)中低壓配電網(wǎng)自動化是提高人們生活質(zhì)量韭购、發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)的要求

在現(xiàn)代社會中,供電質(zhì)量的好壞,不僅反映一個國家或地區(qū)人們的生活質(zhì)量、水平和投資環(huán)境的好壞,更是影響經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素,它決定著工業(yè)發(fā)展的方向矛枚、規(guī)模膜狈。實(shí)際上,信息時代的到來,要求不間斷供電的計(jì)算機(jī)設(shè)備越來越多,給供電提出了更高的要求。停電或限電會導(dǎo)致減產(chǎn),而忽然的停電則會危害工廠的重要設(shè)備阴默。只有實(shí)現(xiàn)中低壓配電網(wǎng)的自動化,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)的需要缺沿。

1．2 實(shí)現(xiàn)中低壓配電網(wǎng)自動化是電力企業(yè)自身發(fā)展的需要

實(shí)現(xiàn)中低壓配電網(wǎng)自動化,可提高供電的質(zhì)量和可靠性。實(shí)現(xiàn)中低壓配電網(wǎng)自動化,可減少故障次數(shù),縮小事故范圍,縮短事故時間,為恢復(fù)供電稚补、快速分析童叠、診斷、報告事故原因提供有效的依據(jù)课幕。

實(shí)現(xiàn)中低壓配電網(wǎng)自動化,可以提高整個電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益:減輕維護(hù)人員的勞動強(qiáng)度厦坛；減少操作人員；增強(qiáng)電力系統(tǒng)的免維護(hù)性乍惊；有利于提高設(shè)備的安全和健康水平,延長使用壽命杜秸。

實(shí)現(xiàn)中低壓配電網(wǎng)自動化,可以提高整個電網(wǎng)的管理水平。主要包括:為電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)管理自動润绎、準(zhǔn)確亩歹、及時地提供更為詳盡、豐富的數(shù)據(jù)和信地方凡橱、任何用戶的計(jì)劃停電小作、供電；可以方便稼钩、直觀地監(jiān)控全局內(nèi)各個用戶的用電顾稀、供電情況,實(shí)現(xiàn)總體控制。

1．3 中低壓配電網(wǎng)是我國配電網(wǎng)自動化的薄弱環(huán)節(jié)

配電網(wǎng)自動化建設(shè),在我國盡管起步較晚,但也已經(jīng)進(jìn)行了近20年的研究和實(shí)踐,取得初步成效猛糯。但是研究與實(shí)踐成果大多數(shù)都是在高壓配電網(wǎng)(35 k V以上)層次上進(jìn)行的,而在中低壓配電網(wǎng)(配電房這一層次)的自動化問題上,還是一片空白,既沒有總體的規(guī)劃,也沒有一個統(tǒng)一的技術(shù)原則陋沫。不僅如此,目前的縱向監(jiān)控一般只限于變電站的出線以前,對于從變電站饋線到終端用戶等屬于用電管理范疇的監(jiān)控,除少數(shù)大用戶的負(fù)荷控制外,尚無其它監(jiān)控手段。

2 中低壓配電網(wǎng)自動化方案

2．1 電力系統(tǒng)自動化現(xiàn)有方案的比較

中低壓配電網(wǎng)(主要指開關(guān)站轨府、開關(guān)房岁之、開閉所)的自動化和變電站的自動化具有一定的相似性闹彩。因此,分析一下變電站自動化的實(shí)現(xiàn)方法,對于正確確定中低壓配電網(wǎng)自動化方案具有重要意義。

變電站自動化系統(tǒng)由5個部分組成:主站估宏、遠(yuǎn)方終端單元(re mote terminal units,RTU)投充、線路傳感器、遠(yuǎn)方控制SF6或真空開關(guān)芙卸、通信電纜敷液。其中,RTU裝置位于變電站現(xiàn)場,可以自動采集各種開關(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)后摧；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)粱祟。

從變電站RTU可以實(shí)現(xiàn)的功能來看,變電站的自動化包括3個方面的內(nèi)容:遙信、遙測咙驾、遙控持偏。除此之外,有的系統(tǒng)還可以根據(jù)遙測的結(jié)果實(shí)現(xiàn)電能量總加功能。與此相應(yīng),變電站自動化系統(tǒng)可以分為兩類:一類只實(shí)現(xiàn)了遙信氨肌、遙測的功能,即傳統(tǒng)的SCADA系統(tǒng)综液；而最新的SCADA 系統(tǒng)則屬于另外一類,它應(yīng)該可以實(shí)現(xiàn)所有“三遙”功能。這兩類系統(tǒng)對應(yīng)著電力系統(tǒng)自動化的不同階段和水平儒飒。

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:

a)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。其裝置以模擬電路為主,輔以少量的數(shù)字電路檩奠。其特點(diǎn)在于需要變換器,無需高級的數(shù)字處理單元(CPU等),難以反映模擬量的瞬時變化,無法進(jìn)行諧波分析,電能量總加功能的實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜困難桩了。

b)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,以對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、綜合埠戳。它不僅可以反映電量的瞬時變化,而且可以進(jìn)行諧波分析,計(jì)算頻率,簡單地實(shí)現(xiàn)電能量總加功能井誉。它們多使用微型計(jì)算機(jī)(如8 X86等)配合多個單片機(jī)(如8051、8098等)整胃、并加上大量的A／D轉(zhuǎn)換電路,來實(shí)現(xiàn)開關(guān)量颗圣、模擬量的采集。

當(dāng)前在數(shù)字技術(shù)得到充分發(fā)展和應(yīng)用的情況下,交流采樣方案是配網(wǎng)自動化的一個合理選擇屁使。它以數(shù)字電路為主,輔以少量的模擬電路,功能強(qiáng)大,擴(kuò)充容易,可靠性較直流采樣方案有較大提高,綜合成本低在岂。

2．2 中低壓配網(wǎng)自動化的應(yīng)用特點(diǎn)

中低壓配網(wǎng)自動化系統(tǒng)由主站、遠(yuǎn)方終端單元(RTU)阵膛、線路傳感器滋箫、遠(yuǎn)方控制SF6 或真空開關(guān)、通信電纜等五個部分組成哩晕。中低壓配電網(wǎng)自動化的應(yīng)用有自己不同的特點(diǎn):

a)傳統(tǒng)的變電站RTU在功能上偏重遙信箕径、遙測,但中低壓配電網(wǎng)的自動化對象(開關(guān)房、開閉所和配電房)數(shù)目繁多,開關(guān)操作頻繁,更注重遙信冯爷、遙控功能迅督。

b)中低壓配電網(wǎng)的自動化對象遍布城市陪罕、農(nóng)村等各種不同環(huán)境,被不同層次的用電管理人員(包括農(nóng)村電工)所操作。更要求其具有安裝靈活胃症、易操作将借、免專業(yè)維護(hù)、抗惡劣環(huán)境等特點(diǎn)持结。

c)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),在硬件上要越簡單概栗、越可靠越好。最好是同一套簡單硬件,只要簡單進(jìn)行一下設(shè)置,就可以滿足不同場合惋粟、不同規(guī)模的要求犁柜。

由此可見,有必要開發(fā)新型的、不同于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的RTU,以適合中低壓配電網(wǎng)自動化的特點(diǎn)和需要堂淡。

2．3 中低壓配電網(wǎng)自動化RTU的PLC實(shí)現(xiàn)

可編程序控制器(programmable logic con-troller,PLC)技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展,已經(jīng)相當(dāng)成熟馋缅。其品種齊全,功能繁多,已被廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制的各個領(lǐng)域。用PLC來實(shí)現(xiàn)中低壓配電網(wǎng)自動化的RTU功能,能夠很好地滿足RTU的特有的要求绢淀。在國內(nèi)市場,有來自許多著名廠家的PLC產(chǎn)品萤悴。這些產(chǎn)品從簡單到復(fù)雜,都自成系列,可以滿足不同應(yīng)用的特殊要求。大多數(shù)中低檔次的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)皆的、模擬采樣輸入覆履、時鐘、通信等功能费薄。利用這類PLC的現(xiàn)成功能,可以方便地實(shí)現(xiàn)中低壓配電網(wǎng)自動化的 RTU功能硝全。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)遙控楞抡、用PLC的模擬采樣輸入來實(shí)現(xiàn)遙測伟众、用PLC的通信功能來實(shí)現(xiàn)和主機(jī)的通信。完成這些功能,都無需額外的硬件,只需根據(jù)開關(guān)房的實(shí)際情況,對PLC進(jìn)行簡單編程即可召廷。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)凳厢。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、電流相角等二焰。

這樣一種基于PLC的中低壓配電網(wǎng)自動化的RTU實(shí)現(xiàn)方案,完全可以滿足中低壓配網(wǎng)自動化的特殊要求纹站。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)；規(guī)囊ブ迹可大可小,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)征离、遙信點(diǎn)、遙測點(diǎn)的增加肚让；抗惡劣環(huán)境引继；高可靠性；編程實(shí)現(xiàn)各種功能,免硬件調(diào)試级嘀；費(fèi)用低廉广莉。

PLC方案在具體設(shè)計(jì)時,包括以下幾個步驟:

a)獲取操作點(diǎn)數(shù)恨摩。了解配電網(wǎng)的基本情況及自動化的具體要求,確定系統(tǒng)需要進(jìn)行遙控、遙信德检、遙測屋嘉、甚至遙調(diào)的設(shè)備,統(tǒng)計(jì)各處配電房需要這4種信號的具體點(diǎn)數(shù)。

b)確定通信方案澎灸。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)和選擇院塞。

c)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,選擇恰當(dāng)型號的PLC 來實(shí)現(xiàn)RTU功能性昭。

由于RTU需接受監(jiān)控中心的指令,并上傳配電網(wǎng)拦止、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)房糜颠、開關(guān)柜的操作類型汹族、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)其兴、輸出點(diǎn)顶瞒、測量點(diǎn)(A／D)、調(diào)節(jié)點(diǎn)(D／A)的規(guī)脑可變系統(tǒng),是選擇PLC型號的另一個主要考慮因素榴徐。

目前,很多廠家的產(chǎn)品,都可以滿足通信以及模塊化的要求。例如,SIEMENS的 S7-214以上系列,三菱的A1S系列,松下的較高級別的PLC系列等匀归。根據(jù)具體情況,在一個配網(wǎng)自動化工程中,整個配電網(wǎng)系統(tǒng)可以選用同一個廠家的PLC,也可以根據(jù)配電房的具體情況,選用不同廠家的PLC,以利用各廠家PLC的優(yōu)勢和特色坑资。

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