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1、中低压配电网自动化的必要性及其PLC实现方案 hesp 导语：随着科学技术的开展，实现中低压配电网的自动化已成为电力系统开展的趋势。中低压配电网作为输配电系统的最后一个环节，其实现自动化的程度与供用电的质量和可靠性亲密相关。 随着科学技术的开展，实现中低压配电网的自动化已成为电力系统开展的趋势。中低压配电网作为输配电系统的最后一个环节，其实现自动化的程度与供用电的质量和可靠性亲密相关。为此，本文特对中低压配电网自动化的必要性及其实现方案作简单的讨论。 b1 实现中低压配电网自动化的必要性/b 11 实现中低压配电网自动化是进步人们生活质量、开展国民经济的要求 在当代社会中，供电质量的好坏，不仅
2、反映一个国家或者地区人们的生活质量、程度和投资环境的好坏，更是影响经济开展的重要因素，它决定着工业开展的方向、规模。实际上，信息时代的到来，要求不连续供电的计算机设备越来越多，给供电提出了更高的要求。停电或者限电会导致减产，而突然的停电那么会危害工厂的重要设备。只有实现中低压配电网的自动化，才可能最大限度地进步供电质量，知足人们日常生活工作与消费的需要。 12 实现中低压配电网自动化是电力企业自身开展的需要 实现中低压配电网自动化，可进步供电的质量和可靠性。实现中低压配电网自动化，可减少故障次数，缩小事故范围，缩短事故时间，为恢复供电、快速分析、诊断、报告事故原因提供有效的根据。 实现中低压配
3、电网自动化，可以进步整个电力系统的经济效益：减轻维护人员的劳动强度；减少操纵人员；增强电力系统的免维护性；有利于进步设备的平安和安康程度，延长使用寿命。 实现中低压配电网自动化，可以进步整个电网的治理程度。主要包括：为电力系统计算机治理自动、准确、及时地提供更为详尽、丰富的数据和信地方、任何用户的方案停电、供电；可以方便、直观地监控全局内各个用户的用电、供电情况，实现总体控制。 13 中低压配电网是我国配电网自动化的薄弱环节 配电网自动化建立，在我国尽管起步较晚，但也已经进展了近20年的研究和理论，获得初步成效。但是研究与理论成果大多数都是在高压配电网35 k V以上层次上进展的，而在中低压配
4、电网配电房这一层次的自动化问题上，还是一片空白，既没有总体的规划，也没有一个统一的技术原那么。不仅如此，目前的纵向监控一般只限于变电站的出线以前，对于从变电站馈线到终端用户等属于用电治理范畴的监控，除少数大用户的负荷控制外，尚无其它监控手段。 b2 中低压配电网自动化方案/b 21 电力系统自动化现有方案的比拟 中低压配电网主要指开关站、开关房、开闭所的自动化和变电站的自动化具有一定的相似性。因此，分析一下变电站自动化的实现方法，对于正确确定中低压配电网自动化方案具有重要意义。 变电站自动化系统由5个局部组成：主站、远方终端单元re mote terminal units，RTU、线路传感器、
5、远方控制SF6或者真空开关、通讯电缆。其中，RTU装置位于变电站现场，可以自动收集各种开关状态量遥信、模拟量遥测，并经专用通道传递到监控中心的主站系统；有的RTU还可以按监控人员的意图和指令执行特定的遥控操纵，并将操纵结果返送监控中心主站系统。 从变电站RTU可以实现的功能来看，变电站的自动化包括3个方面的内容：遥信、遥测、遥控。除此之外，有的系统还可以根据遥测的结果实现电能量总加功能。与此相应，变电站自动化系统可以分为两类：一类只实现了遥信、遥测的功能，即传统的SCADA系统；而最新的SCADA系统那么属于另外一类，它应该可以实现所有“三遥功能。这两类系统对应着电力系统自动化的不同阶段和程度
6、。 从变电站RTU实现遥测的方法来看，RTU存在两种实现方案： a直流采样方案 这种类型的RTU装置在收集模拟量之前，先利用变送器将沟通转化成直流，然后再使用RTUAD转换元件将直流量表示成数字量。其装置以模拟电路为主，辅以少量的数字电路。其特点在于需要变换器，无需高级的数字处理单元CPU等，难以反映模拟量的瞬时变化，无法进展谐波分析，电能量总加功能的实现比拟复杂困难。 b沟通采样方案 这种类型的RTU装置直接使用AD转换元件对沟通电量进展收集计算，无需变送器之类的转换设备，但需要快速的数字处理单元进展配合，以对收集到的数据进展分析、综合。它不仅可以反映电量的瞬时变化，而且可以进展谐波分析，计
7、算频率，简单地实现电能量总加功能。它们多使用微型计算机如8 X86等配合多个单片机如8051、8098等、并加上大量的AD转换电路，来实现开关量、模拟量的收集。 当前在数字技术得到充分开展和应用的情况下，沟通采样方案是配网自动化的一个公道选择。它以数字电路为主，辅以少量的模拟电路，功能强大，扩大轻易，可靠性较直流采样方案有较大进步，综合本钱低。 22 中低压配网自动化的应用特点 中低压配网自动化系统由主站、远方终端单元RTU、线路传感器、远方控制SF6或者真空开关、通讯电缆等五个局部组成。中低压配电网自动化的应用有自己不同的特点： a传统的变电站RTU在功能上侧重遥信、遥测，但中低压配电网的自
8、动化对象开关房、开闭所和配电房数目繁多，开关操纵频繁，更注重遥信、遥控功能。 b中低压配电网的自动化对象遍布城市、农村等各种不同环境，被不同层次的用电治理人员包括农村电工所操纵。更要求其具有安装灵敏、易操纵、免专业维护、抗恶劣环境等特点。 c应用于中低压配电网的RTU，在功能上应具有模块化构造，在硬件上要越简单、越可靠越好。最好是同一套简单硬件，只要简单进展一下设置，就可以知足不同场合、不同规模的要求。 由此可见，有必要开发新型的、不同于传统构造的RTU，以合适中低压配电网自动化的特点和需要。 23 中低压配电网自动化RTU的PLC实现 可编程序控制器programmable logic co
9、ntroller，PLC技术经过几十年的开展，已经相当成熟。其品种齐全，功能繁多，已被广泛应用于工业控制的各个领域。用PLC来实现中低压配电网自动化的RTU功能，可以很好地知足RTU的特有的要求。在国内市场，有来自很多著名厂家的PLC产品。这些产品从简单到复杂，都自成系列，可以知足不同应用的特殊要求。大多数中低档次的PLC产品，都包含有离散点输入和输出点数的多少可以根据应用情况增减、模拟采样输入、时钟、通讯等功能。利用这类PLC的现成功能，可以方便地实现中低压配电网自动化的RTU功能。使用PLC的离散输入点来实现遥信、用PLC的离散输出点来实现遥控、用PLC的模拟采样输入来实现遥测、用PLC的
10、通讯功能来实现和主机的通讯。完成这些功能，都无需额外的硬件，只需根据开关房的实际情况，对PLC进展简单编程即可。不仅如此，利用PLC的模拟输出功能，甚至还可以实现配电网的遥调。例如调节调压变压器的变比，调节静止无功补偿设备的电压、电流相角等。 这样一种基于PLC的中低压配电网自动化的RTU实现方案，完全可以知足中低压配网自动化的特殊要求。它具有以下特点和上风：硬件构造简单，完全免维护；规模可大可小，只需将PLC的扩展模块连接在一起，就可以实现遥控点、遥信点、遥测点的增加；抗恶劣环境；高可靠性；编程实现各种功能，免硬件调试；费用低廉。 bPLC方案在详细设计时，包括以下几个步骤：/b a获取操纵
11、点数。理解配电网的根本情况及自动化的详细要求，确定系统需要进展遥控、遥信、遥测、甚至遥调的设备，统计各处配电房需要这4种信号的详细点数。 b确定通讯方案。根据配电网的规模及分布情况，确定总体设计方案，主要是通讯方案的设计和选择。 cPLC选型。根据各处各种操纵的点数以及所确定的通讯方案，选择恰当型号的PLC来实现RTU功能。 由于RTU需承受监控中心的指令，并上传配电网、开关柜的信息，所以通讯功能是选择PLC的主要考虑因素。 由于各开关房、开关柜的操纵类型、操纵点数往往相差很大，因此，PLC是否具有模块化构造和组态才能，是否可以灵敏、经济地组成输入点、输出点、测量点AD、调节点DA的规模可变系
12、统，是选择PLC型号的另一个主要考虑因素。 目前，很多厂家的产品，都可以知足通讯以及模块化的要求。例如，SIEMENS的S7214以上系列，三菱的A1S系列，松下的较高级别的PLC系列等。根据详细情况，在一个配网自动化工程中，整个配电网系统可以选用同一个厂家的PLC，也可以根据配电房的详细情况，选用不同厂家的PLC，以利用各厂家PLC的上风和特色。 b3 RTU功能的PLC实现/b RTU功能的PLC实现包括硬件实现和软件实现两个方面。 31 硬件实现方面 在硬件方面，主要存在PLC的电源怎样提供，PLC怎样实现长间隔 的通讯，遥控、遥信、遥测、遥调怎样详细实现等问题。 由于PLC都有配套的专
13、用电源模块，因此在设计RTU时，主要应考虑电网断电后PLC的供电问题，通常以配置充电电池的方式解决。 一般PLC的通讯模块只具有短间隔 的通讯才能，固然有些公司为PLC提供配套的组网模块，但通讯间隔 也限制在假设干千米以内。而配电网的特点是点多、面广，因此，必须借助其它方式以延长PLC的通讯间隔 。方法很多，有 调制解调器方案、专线调制解调器方案、无线方案、寻呼台效劳方案、光纤方案等。在同一个配电自动化工程中，可以根据详细情况，采用单一方法，也可以采用多种方法组合。 在RTU的四遥操纵方面，由于PLC的电平以及功率容量同操纵设备不可能正好一致，加上有电气隔离的要求，因此，必须增加辅助的电位转换
14、、功率放大、电气隔离等模块和器件。 对于遥控，当PLC收到开关指令时，输出点到内部电源的通路被接通或者关断，假如直接用输出点的输出电流去操纵开关设备，那么功率根本不够。因此，可把PLC的输出点作为一个小功率继电器的激磁电源，以控制该继电器的常开或者常闭触点的开合，再由该继电器去控制配电网的配电开关的操纵电源，使配电开关动作，线路或者配电设备被投切。 对于遥信，那么是将被测开关的辅助触点两端引线接到PLC的输入点和地，当配电开关动作时，辅助触点相应开闭，PLC的相应输入点与地之间被断开或者短接，进而在PLC内部获得一个高电平或者低电平。 对于遥测，经互感器出来的信号，必须落在PLC的AD转换模块
15、的测量范围之内，才能接入到相应模块的输入端。此外，在选择PLC的AD模块时，还要考虑采样周期问题。周期太长，将无法获得准确数值。 PLC可以实现遥调功能，但因电网中应用很少，这里不予详述。 32 软件实现方面 在PLC软件方面，由于PLC以循环扫描和中断两种方式来执行程序，因此为了完成所有RTU功能，PLC软件应包括：循环扫描执行的主程序；通讯程序接收和发送报文；收到报文分析程序；上发报文产生程序；输入点电平中断扫描程序；操纵执行程序遥控、遥信、遥测等。 在上述程序模块的编制中，应重点考虑以下问题： aPLC的主CPU的速度是否足够快？怎样编制出执行时间短的程序？ bPLC和监控中心的通讯要利
16、用一套复杂的通讯规约，PLC的程序容量能否容下所有程序？怎样编制出短小精干的程序？ cPLC是通过循环扫描输入点的内存映像以获取输入点的输入状态的，在配电开关动作时，相应辅助触点往往存在短暂的抖动。抖动的机械频率固然很高，但相对于PLC的程序扫描执行的频率却是很低的，因此这种抖动会在PLC的内存映像中反映为屡次不相干的开关动作，怎样在程序上消除这种开关动作的假象？ 理论证实，采用恰当的编程技巧，以上各种问题都可以得到圆满解决。 实现我国中低压配电网自动化，是进步供电质量、用电可靠性和进步电力企业自身程度的需要。利用PLC来实现中低压配电网的RTU功能，具有简单、可靠、易用等特点，是一个比拟有应用前景的实现方案。 b参考文献：/b 1陈章潮，顾洁配电网及自动化讲座六第六讲配电网自动化J电网技术，1996，202：6568 2朱大新变电站综合自动化与无人值班J电力系统自动化，1994，18，11：59 3BRINKMANNH配电网运行治理系统的经历遥控和使用人工智能ACIRED论文集C出版地不详：出版社不详，1993433 4PRAISSAJ法国电力公司电网自动化对策ACIRED论文集C出版地不详：出版社不详，1993466 5吴闯明，尹华杰，蔡丽娟，等广州保税区10 kV配电网自动化的PLC实现J电力系统自动化，1999，237：4546，57. 0