PLC變電站分級遞階控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析

同寬慶

摘 要：可編程控制器（PLC）被稱為現(xiàn)代工業(yè)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(huán)境適應(yīng)性強等特點，已被廣泛地應(yīng)用于控制領(lǐng)域，在變電站綜合自動控制中也已有應(yīng)用。利用計算機運算速度快，信息處理方便，顯示性能高的優(yōu)點，將其作為上位機，行使管理功能，與PLC形成一個優(yōu)勢互補的分級遞階控制系統(tǒng)。這樣，PLC就可以執(zhí)行復(fù)雜的控制職能，從而可以對變電站進(jìn)行最優(yōu)綜合控制。

關(guān)鍵詞：PLC；自動控制；分級遞階控制系統(tǒng)

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(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的，國際上在20世紀(jì)70年代末就研制出了實驗系統(tǒng)。到了90年代，計算機的性能也十分強大·穩(wěn)定，價格持續(xù)下降，并隨著計算機通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，變電站自動化系統(tǒng)的性能也是滿足電力系統(tǒng)運行的要求。建設(shè)和運行經(jīng)驗表明，變電站自動化系統(tǒng)可帶來節(jié)省電纜、縮小控制室面積、提高監(jiān)控水平、積累運行數(shù)據(jù)和節(jié)省人力等方面的顯著效益，現(xiàn)已成為新建變電站首選的監(jiān)控模式。

當(dāng)前，已有變電站將PLC引入控制系統(tǒng)中，但是僅僅利用PLC對開關(guān)量進(jìn)行控制，如對有載調(diào)壓變壓器分接開關(guān)的調(diào)節(jié)，并聯(lián)補償電容器的投切等。遠(yuǎn)沒有充分發(fā)揮PLC的強大功能。

一、組織級的設(shè)計

組織級是本系統(tǒng)的最高級，承擔(dān)著最優(yōu)決策的功能。當(dāng)前變電站綜合控制大部分仍是按照傳統(tǒng)的九區(qū)控制方法，利用電壓和無功功率雙參數(shù)將變電站運行狀態(tài)分為九個區(qū)，根據(jù)各個區(qū)所對應(yīng)的控制方案進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，我們對傳統(tǒng)的控制策略也作了改進(jìn)，引入了無功調(diào)節(jié)判據(jù)，提出了模糊邊界的無功調(diào)節(jié)。基于電壓與無功的相互影響，對電容器組的投切判據(jù)建立如下數(shù)學(xué)模。

式中：U0為標(biāo)準(zhǔn)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(quán)重系數(shù)。

根據(jù)上面推導(dǎo)出的數(shù)學(xué)模型，可以得到修正后的電壓無功雙參數(shù)調(diào)節(jié)的模糊邊界，如圖1所示。

我們利用計算機進(jìn)行模糊推理，得到最優(yōu)控制策略，形成控制規(guī)則表，將其傳遞到下級進(jìn)行協(xié)調(diào)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(xiàn)異常情況時可進(jìn)行聲光報警，使操作人員可以及時全面的了解系統(tǒng)運行情況，并可對生產(chǎn)過程進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。

二、監(jiān)控/協(xié)調(diào)級的設(shè)計

該級的主要功能是完成組織級下達(dá)的命令，負(fù)責(zé)執(zhí)行級PLC的協(xié)調(diào)工作。該級可由計算機或主PLC構(gòu)成，隨著PLC性能價格比的不斷提高，一般變電站的監(jiān)控/協(xié)調(diào)級都可由主PLC承擔(dān)。在變電站中，多變壓器的同步調(diào)節(jié)主要由該級負(fù)責(zé)，同時它還負(fù)責(zé)執(zhí)行級現(xiàn)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(jié)省投資，也可以將組織級和監(jiān)控/協(xié)調(diào)級集成在一個高性能的計算機中。

三、執(zhí)行級的設(shè)計

執(zhí)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(yán)重，常規(guī)的控制器件難以達(dá)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(lián)網(wǎng)，可以將最優(yōu)控制結(jié)果下載到PLC，利用PLC實現(xiàn)各種最優(yōu)控制。對于主要器件如主變壓器，可以采用PLC的冗余技術(shù)更進(jìn)一步提高可靠性。所謂PLC冗余技術(shù)即正常運行時，一臺PLC作為主PLC進(jìn)行控制，其它的PLC作為備用，監(jiān)視系統(tǒng)運行。當(dāng)主PLC發(fā)生故障時，由PLC協(xié)調(diào)器件指定另外一臺PLC作為主PLC，控制系統(tǒng)運行，將有故障的PLC換下維修。由于PLC發(fā)生故障的幾率十分小，采用冗余技術(shù)后的故障率幾乎為零。

四、總結(jié)

現(xiàn)在的PLC大多提供了現(xiàn)場總線技術(shù)，利用組態(tài)軟件可以方便的將現(xiàn)場的多臺PLC組成現(xiàn)場總線局域網(wǎng)?，F(xiàn)場總線采用開放式的標(biāo)準(zhǔn)總線結(jié)構(gòu)，可以十分方便的將分散的智能化設(shè)備連接起來，有利于徹底的實現(xiàn)分布式控制，而且有利于各臺PLC的協(xié)調(diào)動作，提高了系統(tǒng)的可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]李剛，劉興堂，徐安民.智能控制理論及發(fā)展[J].空軍工程大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2003（03）.

[2]陳眾，徐國禹，王官潔，顏偉.分層遞階控制理論與電力系統(tǒng)自動化[J].電機與控制學(xué)報，2003（04）.

[3]王志凱，郭宗仁，李琰.PLC分級遞階控制在變電站綜合自動控制中的應(yīng)用[J]. 電工技術(shù)雜志，2002（01）.

[4]譚思云，陳文清.智能控制理論概述[J].洛陽工業(yè)高等?？茖W(xué)校學(xué)報， 2002（01）.