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山西快乐十分预测杀号: 中低壓配電網自動化及其PLC實現方案

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瀏覽 次【字號 】 發布時間:2012-7-1 打印本頁
 摘 要:從現代社會對配電的要求、電力企業自身的發展需要、國內外配網自動化發展的狀況等方面,論述了中低壓配電網自動化的必要性;對配電網自動化的幾種現有方案進行了比較,提出了用可編程序控制器(PLC)來實現中低壓配電網自動化的解決方案,并對PLC方案的具體實現作了詳細的介紹。 
 

  關鍵詞:配電網;自動化;可編程控制器 

  隨著科學技術的發展,實現中低壓配電網的自動化已成為電力系統發展的趨勢。中低壓配電網作為輸配電系統的最后一個環節,其實現自動化的程度與供用電的質量和可靠性密切相關。為此,本文特對中低壓配電網自動化的必要性及其實現方案作簡單的討論。 

  1 實現中低壓配電網自動化的必要性 

  1.1 實現中低壓配電網自動化是提高人們生活質量、發展國民經濟的要求 

  在現代社會中,供電質量的好壞,不僅反映一個國家或地區人們的生活質量、水平和投資環境的好壞,更是影響經濟發展的重要因素,它決定著工業發展的方向、規模。實際上,信息時代的到來,要求不間斷供電的計算機設備越來越多,給供電提出了更高的要求。停電或限電會導致減產,而忽然的停電則會危害工廠的重要設備。只有實現中低壓配電網的自動化,才可能最大限度地提高供電質量,滿足人們日常生活工作與生產的需要。 

  1.2 實現中低壓配電網自動化是電力企業自身發展的需要   

  實現中低壓配電網自動化,可提高供電的質量和可靠性。實現中低壓配電網自動化,可減少故障次數,縮小事故范圍,縮短事故時間,為恢復供電、快速分析、診斷、報告事故原因提供有效的依據。 

  實現中低壓配電網自動化,可以提高整個電力系統的經濟效益:減輕維護人員的勞動強度;減少操作人員;增強電力系統的免維護性;有利于提高設備的安全和健康水平,延長使用壽命。 

  實現中低壓配電網自動化,可以提高整個電網的管理水平。主要包括:為電力系統計算機管理自動、準確、及時地提供更為詳盡、豐富的數據和信地方、任何用戶的計劃停電、供電;可以方便、直觀地監控全局內各個用戶的用電、供電情況,實現總體控制。 

  1.3 中低壓配電網是我國配電網自動化的薄弱環節   

  配電網自動化建設,在我國盡管起步較晚,但也已經進行了近20年的研究和實踐,取得初步成效。但是研究與實踐成果大多數都是在高壓配電網(35 k V以上)層次上進行的,而在中低壓配電網(配電房這一層次)的自動化問題上,還是一片空白,既沒有總體的規劃,也沒有一個統一的技術原則。不僅如此,目前的縱向監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控,除少數大用戶的負荷控制外,尚無其它監控手段。 

  2 中低壓配電網自動化方案 

  2.1 電力系統自動化現有方案的比較   

  中低壓配電網(主要指開關站、開關房、開閉所)的自動化和變電站的自動化具有一定的相似性。因此,分析一下變電站自動化的實現方法,對于正確確定中低壓配電網自動化方案具有重要意義。 

  變電站自動化系統由5個部分組成:主站、遠方終端單元(re mote terminal units,RTU)、線路傳感器、遠方控制SF6或真空開關、通信電纜。其中,RTU裝置位于變電站現場,可以自動采集各種開關狀態量(遙信)、模擬量(遙測),并經專用通道傳遞到監控中心的主站系統;有的RTU還可以按監控人員的意圖和指令執行特定的??夭僮?,并將操作結果返送監控中心主站系統。 

  從變電站RTU可以實現的功能來看,變電站的自動化包括3個方面的內容:遙信、遙測、???。除此之外,有的系統還可以根據遙測的結果實現電能量總加功能。與此相應,變電站自動化系統可以分為兩類:一類只實現了遙信、遙測的功能,即傳統的SCADA系統;而最新的SCADA 系統則屬于另外一類,它應該可以實現所有“三?!憊δ?。這兩類系統對應著電力系統自動化的不同階段和水平。 

  從變電站RTU實現遙測的方法來看,RTU存在兩種實現方案: 

  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化成直流,然后再使用RTUA/D轉換元件將直流量表示成數字量。其裝置以模擬電路為主,輔以少量的數字電路。其特點在于需要變換器,無需高級的數字處理單元(CPU等),難以反映模擬量的瞬時變化,無法進行諧波分析,電能量總加功能的實現比較復雜困難。 

  b)交流采樣方案 

  這種類型的RTU裝置直接使用A/D轉換元件對交流電量進行采集計算,無需變送器之類的轉換設備,但需要快速的數字處理單元進行配合,以對采集到的數據進行分析、綜合。它不僅可以反映電量的瞬時變化,而且可以進行諧波分析,計算頻率,簡單地實現電能量總加功能。它們多使用微型計算機(如8 X86等)配合多個單片機(如8051、8098等)、并加上大量的A/D轉換電路,來實現開關量、模擬量的采集。 

  當前在數字技術得到充分發展和應用的情況下,交流采樣方案是配網自動化的一個合理選擇。它以數字電路為主,輔以少量的模擬電路,功能強大,擴充容易,可靠性較直流采樣方案有較大提高,綜合成本低。 

  2.2 中低壓配網自動化的應用特點 

  中低壓配網自動化系統由主站、遠方終端單元(RTU)、線路傳感器、遠方控制SF6 或真空開關、通信電纜等五個部分組成。中低壓配電網自動化的應用有自己不同的特點: 

  a)傳統的變電站RTU在功能上偏重遙信、遙測,但中低壓配電網的自動化對象(開關房、開閉所和配電房)數目繁多,開關操作頻繁,更注重遙信、??毓δ?。 

  b)中低壓配電網的自動化對象遍布城市、農村等各種不同環境,被不同層次的用電管理人員(包括農村電工)所操作。更要求其具有安裝靈活、易操作、免專業維護、抗惡劣環境等特點。 

  c)應用于中低壓配電網的RTU,在功能上應具有??榛峁?,在硬件上要越簡單、越可靠越好。最好是同一套簡單硬件,只要簡單進行一下設置,就可以滿足不同場合、不同規模的要求。 

  由此可見,有必要開發新型的、不同于傳統結構的RTU,以適合中低壓配電網自動化的特點和需要。 

  2.3 中低壓配電網自動化RTU的PLC實現 

  可編程序控制器(programmable logic con-troller,PLC)技術經過幾十年的發展,已經相當成熟。其品種齊全,功能繁多,已被廣泛應用于工業控制的各個領域。用PLC來實現中低壓配電網自動化的RTU功能,能夠很好地滿足RTU的特有的要求。在國內市場,有來自許多著名廠家的PLC產品。這些產品從簡單到復雜,都自成系列,可以滿足不同應用的特殊要求。大多數中低檔次的PLC產品,都包含有離散點輸入和輸出(點數的多少可以依據應用情況增減)、模擬采樣輸入、時鐘、通信等功能。利用這類PLC的現成功能,可以方便地實現中低壓配電網自動化的 RTU功能。使用PLC的離散輸入點來實現遙信、用PLC的離散輸出點來實現???、用PLC的模擬采樣輸入來實現遙測、用PLC的通信功能來實現和主機的通信。完成這些功能,都無需額外的硬件,只需根據開關房的實際情況,對PLC進行簡單編程即可。不僅如此,利用PLC的模擬輸出功能,甚至還可以實現配電網的遙調。例如調節調壓變壓器的變比,調節靜止無功補償設備的電壓、電流相角等。 

  這樣一種基于PLC的中低壓配電網自動化的RTU實現方案,完全可以滿足中低壓配網自動化的特殊要求。它具有以下特點和優勢:硬件結構簡單,完全免維護;規??紗罌尚?,只需將 PLC的擴展??榱釉諞黃?,就可以實現??氐?、遙信點、遙測點的增加;抗惡劣環境;高可靠性;編程實現各種功能,免硬件調試;費用低廉。 

  PLC方案在具體設計時,包括以下幾個步驟: 

  a)獲取操作點數。了解配電網的基本情況及自動化的具體要求,確定系統需要進行???、遙信、遙測、甚至遙調的設備,統計各處配電房需要這4種信號的具體點數。 

  b)確定通信方案。根據配電網的規模及分布情況,確定總體設計方案,主要是通信方案的設計和選擇。 

  c)PLC選型。根據各處各種操作的點數以及所確定的通信方案,選擇恰當型號的PLC 來實現RTU功能。 

  由于RTU需接受監控中心的指令,并上傳配電網、開關柜的信息,所以通信功能是選擇PLC的主要考慮因素。 

  由于各開關房、開關柜的操作類型、操作點數往往相差很大,因此,PLC是否具有??榛峁購妥樘芰?,是否能夠靈活、經濟地組成輸入點、輸出點、測量點(A/D)、調節點(D/A)的規??殺湎低?,是選擇PLC型號的另一個主要考慮因素。 

  目前,很多廠家的產品,都可以滿足通信以及??榛囊?。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。根據具體情況,在一個配網自動化工程中,整個配電網系統可以選用同一個廠家的PLC,也可以根據配電房的具體情況,選用不同廠家的PLC,以利用各廠家PLC的優勢和特色。 

  3 RTU功能的PLC實現 

  RTU功能的PLC實現包括硬件實現和軟件實現兩個方面。 

  3.1 硬件實現方面 

  在硬件方面,主要存在PLC的電源如何提供,PLC如何實現長距離的通信,???、遙信、遙測、遙調如何具體實現等問題。 

  由于PLC都有配套的專用電源???,因此在設計RTU時,主要應考慮電網斷電后PLC 的供電問題,通常以配置充電電池的方式解決。 

  一般PLC的通信??櫓瘓哂卸嘆嗬氳耐ㄐ拍芰?,雖然有些公司為PLC提供配套的組網???,但通信距離也限制在若干千米以內。而配電網的特點是點多、面廣,因此,必須借助其它方式以延長PLC的通信距離。方法很多,有電話調制解調器方案、專線調制解調器方案、無線方案、尋呼臺服務方案、光纖方案等。在同一個配電自動化工程中,可以根據具體情況,采用單一方法,也可以采用多種方法組合。 

  在RTU的四遙操作方面,由于PLC的電平以及功率容量同操作設備不可能正好一致,加上有電氣隔離的要求,因此,必須增加輔助的電位轉換、功率放大、電氣隔離等??楹推骷?。 

  對于???,當PLC收到開關指令時,輸出點到內部電源的通路被接通或關斷,如果直接用輸出點的輸出電流去操作開關設備,則功率根本不夠。因此,可把PLC的輸出點作為一個小功率繼電器的激磁電源,以控制該繼電器的??虺1沾サ愕目?,再由該繼電器去控制配電網的配電開關的操作電源,使配電開關動作,線路或配電設備被投切。 

  對于遙信,則是將被測開關的輔助觸點兩端引線接到PLC的輸入點和地,當配電開關動作時,輔助觸點相應開閉,PLC的相應輸入點與地之間被斷開或短接,從而在PLC內部獲得一個高電平或低電平。 

  對于遙測,經互感器出來的信號,必須落在PLC的A/D轉換??櫚牟飭糠段е?,才能接入到相應??櫚氖淙攵?。此外,在選擇PLC的A/D??槭?,還要考慮采樣周期問題。周期太長,將無法獲得精確數值。 

  PLC可以實現遙調功能,但因電網中應用很少,這里不予詳述。 

  3.2 軟件實現方面 

  在PLC軟件方面,由于PLC以循環掃描和中斷兩種方式來執行程序,因此為了完成所有RTU功能,PLC軟件應包括:循環掃描執行的主程序;通信程序(接收和發送報文);收到報文分析程序;上發報文產生程序;輸入點電平中斷掃描程序;操作執行程序(???、遙信、遙測等)。 

  在上述程序??櫚謀嘀浦?,應重點考慮以下問題: 

  a)PLC的主CPU的速度是否足夠快?如何編制出執行時間短的程序? 

  b)PLC和監控中心的通信要利用一套復雜的通信規約,PLC的程序容量能否容下所有程序?如何編制出短小精干的程序? 

  c)PLC是通過循環掃描輸入點的內存映像以獲取輸入點的輸入狀態的,在配電開關動作時,相應輔助觸點往往存在短暫的抖動。抖動的機械頻率雖然很高,但相對于PLC的程序掃描執行的頻率卻是很低的,因此這種抖動會在PLC的內存映像中反映為多次不相干的開關動作,如何在程序上消除這種開關動作的假象? 

  實踐證明,采用恰當的編程技巧,以上各種問題都可以得到圓滿解決。 

  4 結論 

  實現我國中低壓配電網自動化,是提高供電質量、用電可靠性和提高電力企業自身水平的需要。利用PLC來實現中低壓配電網的RTU功能,具有簡單、可靠、易用等特點,是一個比較有應用前景的實現方案。 
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