計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在供配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用

楊 昊， 秦 珣

（國網(wǎng)江蘇省電力有限公司泰州供電公司， 江蘇 泰州 225300）

0 引言

近年來，為了適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需要，國家電網(wǎng)建設(shè)提出了智能化建設(shè)思維，在這一時(shí)代背景下，智能電網(wǎng)逐漸取代了傳統(tǒng)電網(wǎng)，并將配電化技術(shù)引進(jìn)其中，極大提升了智能電網(wǎng)供電運(yùn)行的安全與可靠性。但是，供配電自動(dòng)化技術(shù)本身存在一定的局限性，將計(jì)算機(jī)控制技術(shù)加入其中能夠降低人力成本、降低整體事故率、提升工作效率、延長設(shè)備壽命。本文對(duì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在供配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行簡要研究。

1 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在供配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用思路

1.1 配電系統(tǒng)自動(dòng)化

配電系統(tǒng)自動(dòng)化包括配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化以及配電自動(dòng)化。其中，配電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化包括配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）、配電網(wǎng)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、以輔助調(diào)度員做好配電網(wǎng)運(yùn)行工作。配電自動(dòng)化包括變電站自動(dòng)化以及饋線自動(dòng)化。

1.2 實(shí)現(xiàn)信息交互

配電自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)工作場(chǎng)景中，需要實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)之間的信息、數(shù)據(jù)交互，在傳統(tǒng)技術(shù)背景下，配電自動(dòng)化主站主要采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的信息傳輸以及通信任務(wù)。這種方式不僅需要設(shè)置大量地維護(hù)接口，消耗大量的人力、資源成本，在使用過程中還存在協(xié)議不標(biāo)準(zhǔn)、信息交互性差等缺陷，很難充分發(fā)揮出配電自動(dòng)化系統(tǒng)的信息交互作用。圖1 為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議下的互聯(lián)方式。

圖1 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議下的互聯(lián)方式

在智能電網(wǎng)建設(shè)意見提出之后，相關(guān)工作人員在傳統(tǒng)系統(tǒng)互聯(lián)方式的基礎(chǔ)上，提出了針對(duì)性較強(qiáng)的改進(jìn)意見，即將IEC61968 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于信息交互總線設(shè)計(jì)過程中，通過此種方式能夠在一定程度上減少系統(tǒng)的維護(hù)接口數(shù)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)快速、標(biāo)準(zhǔn)的全局信息共享作業(yè)。IEC61968 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用背景下的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)信息互聯(lián)方式工作流程與傳統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議下的互聯(lián)方式存在一定差異，需要在接受信息的基礎(chǔ)上對(duì)信息進(jìn)行深入處理，最后合并發(fā)送到天線處[1]。

1.3 優(yōu)化故障處理

故障定位、故障分析、故障處理是供配電自動(dòng)化系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)需要具備的幾個(gè)核心功能，同時(shí)也是自動(dòng)化系統(tǒng)能夠在實(shí)踐中發(fā)揮根本價(jià)值的重要措施，現(xiàn)階段，配電自動(dòng)化系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，能夠有效實(shí)現(xiàn)故障隔離，這主要是由于其內(nèi)部配置了功能完備的故障處理、應(yīng)用模塊。該模塊在實(shí)踐中主要存在以下幾個(gè)主要特點(diǎn)：

1）能夠?qū)┡潆娮詣?dòng)化系統(tǒng)中存在的單層故障、多層故障進(jìn)行精準(zhǔn)定位，并將其分為故障隔離區(qū)、功能健全區(qū)，防止故障位置對(duì)系統(tǒng)正常運(yùn)行造成影響。

2）在傳統(tǒng)故障定位技術(shù)背景下，故障處理模塊很可能出現(xiàn)各種漏報(bào)、錯(cuò)報(bào)故障，而在配電自動(dòng)化計(jì)算機(jī)控制背景下，其故障處理模塊具有容錯(cuò)性。

3）在編制、生成故障處理策略時(shí)，處理模塊能夠很好地將故障檢修、保電措施等內(nèi)容納入考慮范圍。

1.3 提高電網(wǎng)運(yùn)行可靠性

在供配電自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行過程中，電網(wǎng)很容易受到外界信息的干擾，在系統(tǒng)中加入計(jì)算機(jī)通信技術(shù)能夠顯著提升電能運(yùn)輸?shù)目垢蓴_能力，即使受到了干擾，也能夠在很短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行故障識(shí)別、自行調(diào)度，有效改善數(shù)據(jù)通信環(huán)節(jié)的安全性與可靠性，提升電力工程的應(yīng)用價(jià)值[2]。

2 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)及其可靠性分析

2.1 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)簡介

應(yīng)用于供配電自動(dòng)化系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要包括主控機(jī)、顯示器、鍵盤、打印機(jī)、備用電源、抗干擾電源、報(bào)警設(shè)備等。在此基礎(chǔ)上，還包括執(zhí)行具體操作的操作臺(tái)，操作臺(tái)上的設(shè)備包括各種開關(guān)、按鈕、指示燈顯示器、信息顯示板等。傳感器信號(hào)通過總線到達(dá)控制主機(jī)，對(duì)電量進(jìn)行遙測(cè)、遙信、遙控，在供配電現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集、控制的設(shè)備為ICU。

在實(shí)際運(yùn)行過程中，現(xiàn)場(chǎng)的傳感器收集信號(hào)，通過電流變送器、電壓變送器將信號(hào)傳遞到ICU 中，通過RTU、ZTK 相連，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的雙向傳送，ICU 通過設(shè)定在配電系統(tǒng)中的接觸器實(shí)現(xiàn)對(duì)電源的有效控制，為了保證信號(hào)采集的一致性，可以在每個(gè)單體建筑內(nèi)部裝設(shè)電力監(jiān)控系統(tǒng)[3]。

2.2 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)選擇

在實(shí)踐中，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要分為集中控制系統(tǒng)（CCS）、分布控制系統(tǒng)（DCS）兩個(gè)基本種類，其中，集中控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)為，由單一的計(jì)算機(jī)完成控制系統(tǒng)的所有功能，主要包括數(shù)據(jù)的輸入輸出、回路閉環(huán)控制、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫管理、歷史數(shù)據(jù)管理、人機(jī)交互、系統(tǒng)監(jiān)督管理等內(nèi)容。但是，此類型的控制系統(tǒng)在實(shí)踐中主要存在以下運(yùn)行效率較小、可靠性下降、可擴(kuò)展性不足、計(jì)算機(jī)失效可能性大等缺陷，需要與分布控制系統(tǒng)（DCS）進(jìn)行有機(jī)結(jié)合才能發(fā)揮更加出色的應(yīng)用價(jià)值。圖2 為分布分散式結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 分布分散式結(jié)構(gòu)

3 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在供配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 對(duì)變壓器設(shè)備實(shí)施在線監(jiān)控

我國土地廣袤、地域遼闊，為了實(shí)現(xiàn)全民用電，電網(wǎng)的規(guī)模、供配電自動(dòng)化系統(tǒng)的容量不得不向大規(guī)模、大體量方向發(fā)展，較大的規(guī)模導(dǎo)致供配電系統(tǒng)的管理難度同樣相對(duì)較大。將計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用于變壓器設(shè)備上，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備功能、狀態(tài)的時(shí)刻監(jiān)測(cè)，在此基礎(chǔ)上，工作人員能夠?qū)﹄娏υO(shè)備有著更加準(zhǔn)確地了解，預(yù)測(cè)其工作狀態(tài)與參數(shù)變化，極大增強(qiáng)變壓器設(shè)備維護(hù)與維修工作開展的靈活性與科學(xué)性[4]。

3.2 對(duì)供配電自動(dòng)化系統(tǒng)微機(jī)的實(shí)時(shí)保護(hù)

在信息化技術(shù)背景下，供配電自動(dòng)化系統(tǒng)微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)能夠嵌入計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)操作中，提升了人與機(jī)器的互動(dòng)性，同時(shí)提高了通信能力。該保護(hù)系統(tǒng)能夠在一定程度上保證電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，防止其瞬間面臨危險(xiǎn)而遭受損害，該系統(tǒng)還能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)分析與處理。最后，該系統(tǒng)在實(shí)踐中還具有較強(qiáng)的拓展性以及模塊化特征，在實(shí)踐中一旦出現(xiàn)問題，只需要對(duì)模塊進(jìn)行更換即可實(shí)現(xiàn)問題的有效解決。

3.3 對(duì)斷路器進(jìn)行控制

斷路器是發(fā)電廠正常運(yùn)行所需要依靠的重要元件，也是供配電環(huán)節(jié)的核心材料，其正常運(yùn)行對(duì)于保障發(fā)電安全性與穩(wěn)定性具有十分重要的價(jià)值與意義。但是從實(shí)際結(jié)構(gòu)來看，斷路器內(nèi)部存在相當(dāng)多的電磁元件，接線以及檢修具有相當(dāng)強(qiáng)的復(fù)雜性特征。在實(shí)踐中，將計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用于其中，能夠有效提升電流輸入、輸出的控制質(zhì)量，進(jìn)而降低接線難度，這主要是由于，技術(shù)人員能夠通過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中信號(hào)燈的變化情況掌握供配電系統(tǒng)當(dāng)中設(shè)備的運(yùn)行情況，進(jìn)而降低檢修難度。其次，閉環(huán)控制系統(tǒng)是電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的最基本單元，利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)能夠形成有效的閉環(huán)控制裝置，進(jìn)而對(duì)調(diào)節(jié)器的測(cè)量速度進(jìn)行有效控制，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行時(shí)間、狀態(tài)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化啟動(dòng)與關(guān)閉，進(jìn)而完成整個(gè)系統(tǒng)的操作。最后，該系統(tǒng)還能對(duì)線路溫度、壓力的變化情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，進(jìn)而保證系統(tǒng)的長期、穩(wěn)定、高質(zhì)量運(yùn)行[5]。

3.4 應(yīng)用GPS 等智能控制技術(shù)

在當(dāng)前技術(shù)背景下，很多供配電系統(tǒng)都已經(jīng)能夠?qū)PS、EMS 等檢測(cè)工具有效應(yīng)用于智能遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)中，在距離供配電現(xiàn)場(chǎng)較為遙遠(yuǎn)的地方能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行情況的動(dòng)態(tài)關(guān)注與數(shù)據(jù)收集。計(jì)算機(jī)能夠在短時(shí)間內(nèi)分析冗余數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行同步定位與動(dòng)態(tài)流量測(cè)量，進(jìn)而提升供配電自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值。

3.5 強(qiáng)化對(duì)傳感器設(shè)備的應(yīng)用

傳感器設(shè)備在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中具有相當(dāng)重要的價(jià)值與意義，其主要類型分為轉(zhuǎn)換元件、敏感元件。其中，敏感元件是直接獲取信息的設(shè)備，技術(shù)人員能夠通過該設(shè)備獲取大量有效信息，再通過轉(zhuǎn)換元件對(duì)信息進(jìn)行處理之后，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的有效傳輸。

在整個(gè)供配電系統(tǒng)中，需要監(jiān)控的數(shù)據(jù)信息數(shù)量是非常多的，因此，傳感器需求數(shù)量也很多。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，傳感器的類別、數(shù)量、先進(jìn)性必將不斷增加，需要加強(qiáng)對(duì)于傳感器技術(shù)的重視程度[6]。

3.6 滲透可編程控制器到系統(tǒng)各環(huán)節(jié)

可編程控制器屬于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在供配電自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用的重點(diǎn)之一。首先，可編程控制器需要滲透到供配電自動(dòng)化系統(tǒng)工作的各個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)中，其介入能夠顯著降低工作人員的工作量，同時(shí)節(jié)省一定人工成本。其次，在可編程控制器應(yīng)用背景下，其會(huì)自動(dòng)對(duì)設(shè)備、工作環(huán)節(jié)進(jìn)行檢查與監(jiān)測(cè)，不需要工作人員進(jìn)行實(shí)時(shí)查看，只需要根據(jù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)反饋數(shù)據(jù)就能夠查看到問題所在，并根據(jù)問題的具體情況對(duì)其進(jìn)行針對(duì)性處理即可。最后，可編程控制器還能為供配電自動(dòng)化控制提供多方位的功能技術(shù)支持，實(shí)際功耗也相對(duì)較低，能夠有效保障操作系統(tǒng)、體系之間相互協(xié)調(diào)配合。

4 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在供配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用前景

4.1 配電功能分層式布置

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，配電功能分層式布置將逐漸落實(shí)。具體而言，近年來，供配電自動(dòng)化系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)正在不斷發(fā)展，其以DPS 為載體，在數(shù)字信號(hào)的基礎(chǔ)上，通過實(shí)時(shí)譯碼功能替代傳統(tǒng)技術(shù)背景下的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信技術(shù)，能夠促進(jìn)配電功能分層布置順利實(shí)現(xiàn)，不僅能夠在一定程度上提升配電系統(tǒng)的工作效率，同時(shí)還能優(yōu)化其功能結(jié)構(gòu)，持續(xù)強(qiáng)化其性能。圖3 為配電系統(tǒng)。

圖3 配電系統(tǒng)

4.2 配電網(wǎng)自我保護(hù)功能增強(qiáng)

配電網(wǎng)自我保護(hù)功能增強(qiáng)是科學(xué)技術(shù)發(fā)展背景下的主要發(fā)展方向之一。在技術(shù)發(fā)展的背景下，配電網(wǎng)系統(tǒng)中必然會(huì)不斷引進(jìn)現(xiàn)代通訊技術(shù)，包括但不限于SCADA、PAS 應(yīng)用、GIS 地理信息系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)能夠顯著提升配電網(wǎng)系統(tǒng)的質(zhì)量。其中，配電網(wǎng)自動(dòng)化的核心是SCADA 綜合平臺(tái)，該平臺(tái)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)平臺(tái)功能、完成橫縱向任務(wù)，還能拓展相關(guān)任務(wù)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)配電系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)保護(hù)。同時(shí)，該系統(tǒng)具有遠(yuǎn)程監(jiān)控、定向修復(fù)等功能，能夠通過對(duì)相關(guān)故障信息的收集與處理，更好地保證配電網(wǎng)的安全性[7]。

4.3 電能質(zhì)量顯著提升

電能質(zhì)量顯著提升是計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在供配電自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用的必然結(jié)果。具體而言，隨著現(xiàn)代信息化技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，DSP 處理器的信號(hào)處理能力必將不斷增強(qiáng)，當(dāng)前配電系統(tǒng)中的模擬信號(hào)處理技術(shù)將會(huì)被更加先進(jìn)的技術(shù)所取代。傳感器、控制方法、算法等內(nèi)容均會(huì)得到不斷優(yōu)化，提升供配電自動(dòng)化系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的靈活性與可靠性，削弱配電系統(tǒng)對(duì)于線路調(diào)整以及溫度環(huán)境的依賴，綜合優(yōu)化系統(tǒng)性能。

5 結(jié)語

在當(dāng)前技術(shù)背景下，我國供配電自動(dòng)化系統(tǒng)仍舊處在不斷發(fā)展的過程中，其安全運(yùn)行是保證電力系統(tǒng)運(yùn)行安全、電力經(jīng)濟(jì)蓬勃健康發(fā)展的前提條件。本文結(jié)合相關(guān)科學(xué)理論知識(shí)，提出了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在供配電自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用思路，明確了供配電系統(tǒng)自動(dòng)化、智能化建設(shè)的重要意義。相關(guān)單位在實(shí)踐中可以充分結(jié)合實(shí)際情況，不斷引入新技術(shù)、新理念，不斷完善相關(guān)管理體系，就一定能夠在一定程度上提升自身的供配電技術(shù)水平。同時(shí)，從整體發(fā)展角度看，國家正高度重視供配電網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，供配電及其自動(dòng)化研究正處在探索、發(fā)展、進(jìn)步的關(guān)鍵時(shí)期，這既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)，希望能夠有效提升電能傳輸效率與質(zhì)量。