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1、PLC分级递阶控制在变电站控制中的应用hesp导语：变电站综合自动化包括的内容很多，它是将变电站的二次设备控制信号、测量保护、自动装置及远动装置等利用计算机技术.1引言众所周知变电站是电力系统中不可缺少的重要环节，由于它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务，对电网的平安和经济运行起着重要的作用。但是，现存的很多老式变电站由于存在平安性、可靠性不能适应电力系统实时控制等一系列缺点而无法知足电力系统当代化的各项要求。因此提出一种平安、可靠、能进步电力系统运行、治理程度的变电站综合自动化设计方案已成为一项特别紧迫的任务。目前，已经实际运行的综合自动控制系统有：LAS系统、基于CAN/LON网的分散
2、分布式变电站控制系统等，它们在实际应用中获得了较好的成效，但也存在着技术和经济上的各种缺点。本文在研制智能型有载调压变压器监控系统的根底上，从变电站综合自动化开展的大方向即从集中控制型向分散层网络型开展；从专用设备向平台开展；从传统控制向综合智能方向开展出发，提出了一种新型的变电站综合自动控制系统构造设计方案，可应用于变电站综合自动控制系统中，有着广泛的应用前景。变电站综合自动化包括的内容很多，它是将变电站的二次设备控制信号、测量保护、自动装置及远动装置等利用计算机技术、当代通讯技术经过功能组合和优化设计，对变电站执行自动监视、控制和协调的一种综合性的自动化系统。以下仅以变压器有载调压监控系统
3、为例，讲明PLC分级递阶控制这种构造体系在变电站综合自动控制中是有效、可行的。b2PLC分极递阶控制系统的构造/b可编程控制器PLC被称为当代工业控制的三大支柱PLC、机器人和CAD/CAM之一，具有可靠性高，易于控制，编程使用简单，性价比高，环境适应性强等特点，已被广泛地应用于控制领域，在变电站综合自动控制中也已有应用。但是PLC在数据、信息处理与图象显示等方面仍显缺乏，还无法与计算机相比，因此未能充分发挥其强大功能，一般只是用PLC对开关量进展控制。但近年来随着PLC通讯网络功能的不断增强，已可以方便的将PLC与计算机连接。利用计算机运算速度快，信息处理方便，显示性能高的优点，将其作为上位
4、机，行使治理功能，与PLC形成一个上风互补的分级递阶控制系统。这样，PLC就可以执行复杂的控制职能，进而可以对变电站进展最优综合控制。分级递阶控制思想的本质是将一个大的控制系统按功能或者构造进展层次分配，将全系统的监视和控制功能划属于不同的级别去完成，各级完成分配给它的功能，并将有关信息传递到上一级，承受上一级治理。综合控制功能由最高一级决策执行，各级的工作互相协调，力求整个控制系统到达最正确效果。分级递阶控制根据“层次越高，智能越高，控制精度越低；层次越低，智能越低，控制精度越高的拟人的原那么进展设计。基于PLC的分级递阶控制系统共分为三级：组织级、监控/协调级和执行级。其系统构造框图如图1
5、所示。align=left1组织级OrganizationLevel这是整个系统的最高级，其智能程度最高，执行组织治理决策的智能，对下进展指导和监控。该级对上通过人机接口与治理人员进展友善的人机对话，执行治理决策的职能。对下监视、指导协调级的所有行为。其智能程度最高，但精度不高，宜粗不宜细，以便进展宏观指导。该级还可以根据实际消费经过和环境等信息，采用人机结合的方式自动或者半自动的提出公道的控制目的或者指标，形成相应的命令或者任务向低层下达。这局部通常由高功能的计算机来完成。2监控/协调级CoordinationLevel该级主要根据组织级的命令协调下位PLC的运行，防止下位PLC发生冲突，并
6、将下位PLC的信息传输到上位计算机。监控/协调机既可以是工业控制计算机也可以是主PLC或者PLC终端，可根据控制要求进展选择。3执行级ExecutiveLevel这是控制系统的最低级，执行现场控制功能，是自动控制系统中控制的关键级。该级智能最低，但可靠性、控制精度和实时性要求最高，因此PLC正是最正确选择。同时，该级的PLC可通过现场总线与上位的监控协调级连接进展实时的在线控制和协调。现场总线技术一般采用塌陷构造，使用开放系统互连OSI参考模型的低层协议，因此构造简单，实时性强。上述构造，利用计算机运算速度快，信息处理功能强大的上风，使计算机集中治理各控制子系统，对现场信息进展综合处理，给出最
7、优解决方案。同时，控制级计算机可以通过局域网与其它计算机相连，既可以实现资源分享，又可以使不同系统在统一调度下，协调工作，减少资源浪费。下位PLC或者远程工作站分散后进展连网，这样，执行级各控制器件就可在现场实现分散控制，并通过网络将信息传递到上位控制机，使上位机进展集中治理。即使下位PLC或者远程工作站个别设备出现故障，也不会导致整个系统的瘫痪，整体性能好，运行可靠。3PLC分级递阶控制系统在变电站综合控制系统中的应用当前，已有变电站将PLC引入控制系统中，但是仅仅利用PLC对开关量进展控制，如对有载调压变压器分接开关的调节，并联补偿电容器的投切等。远没有充分发挥PLC的强大功能。3.1在变
8、电站综合控制系统中PLC分级递阶控制系统的构造利用本文上面提到的分级递阶控制构造，我们可以按照三级机构设计变电站综合控制系统。1组织级的设计组织级是本系统的最高级，承当着最优决策的功能。当前变电站综合控制大局部还是按照传统的九区控制方法，利用电压和无功功率双参数将变电站运行状态分为九个区，根据各个区所对应的控制方案进展调节。但是，在该控制系统中，无功调节判据是一个与电压无关的平行于电压坐标轴的固定边界，没有充分考虑无功调节与电压调节互相间的协调关系。根据“保证电压合格，无功根本平衡，尽量减少调节次数的变电站电压和无功综合调节的根本原那么，无功调节边界应当是一个受电压状态影响，且在一定范围内效劳
9、于电压调节的模糊边界。因此，我们对传统的控制策略也作了改良，引入了无功调节判据,提出了模糊边界的无功调节。基于电压与无功的互相影响,对电容器组的投切判据建立如下数学模。/alignalign=left式中：U0为标准电压；Q0为每组电容器的容量；U为电压实时值；Q为实时功率值；1，2为权重系数。根据上面推导出的数学模型，可以得到修正后的电压无功双参数调节的模糊边界,如图2所示。/alignalign=left我们利用计算机进展模糊推理，得到最优控制策略，形成控制规那么表，将其传递到下级进展协调控制。同时该级为操纵人员提供了良好的人机界面，将电压、电流、有功、无功等信息以曲线图、柱状图等形式实时
10、反映出来，并且在出现异常情况时可进展声光报警，使操纵人员可以及时全面的理解系统运行情况，并可对消费经过进展调节和控制。该级计算机装有专家知识库，在变电站内出现故障时，可在专家系统的引导下，尽快解除故障。定时召唤打印功能和无人抄表功能可以方便的使变电站综合控制实现无人职守。根据各变电站的实际运行情况和不同时段的电压、无功波动情况，还可以通过控制级计算机设定电压整定值和灵敏度参数，而且根据控制要求还可以由功能按钮直接对有载调压变压器的分接头和补偿电容进展控制，以进一步增加控制的灵敏性。该级的计算机还可以通过Ethernet、ARCNET等局域网进展联网，实现信息分享，对某一区域进展综合控制，这样既
11、可以从整体上进展控制，更有利于进步整个地区的供电质量，还可以减少资源的浪费。2监控/协调级的设计该级的主要功能是完成组织级下达的命令，负责执行级PLC的协调工作。该级可由计算机或者主PLC构成，随着PLC性能价格比的不断进步，一般变电站的监控/协调级都可由主PLC承当。在变电站中，多变压器的同步调节主要由该级负责，同时它还负责执行级现场信息的传输，在整个分级递阶控制中起着桥梁作用。在小型的变电站中，为了节省投资，也可以将组织级和监控/协调级集成在一个高性能的计算机中。3执行级的设计执行级的智能程度最低，但控制精度和实时性要求最高。由于变电站电磁干扰严重，常规的控制器件难以到达准确控制，因此可靠
12、性高、实时性好、性能价格比高的PLC是最正确选择。由于PLC与计算机联网，可以将最优控制结果下载到PLC，利用PLC实现各种最优控制。对于主要器件如主变压器，可以采用PLC的冗余技术更进一步进步可靠性。所谓PLC冗余技术即正常运行时，一台PLC作为主PLC进展控制，其它的PLC作为备用，监视系统运行。当主PLC发生故障时，由PLC协调器件指定另外一台PLC作为主PLC，控制系统运行，将有故障的PLC换下维修。由于PLC发生故障的几率特别小，采用冗余技术后的故障率几乎为零。如今的PLC大多提供了现场总线技术，利用组态软件可以方便的将现场的多台PLC组成现场总线局域网。现场总线采用开放式的标准总线
13、构造，可以特别方便的将分散的智能化设备连接起来，有利于彻底的实现分布式控制，而且有利于各台PLC的协调动作，进步了系统的可靠性。3.2通讯口的设计C系列的C200H配有HOSTLINK通讯模块，对上可与计算机通讯，进展组网连接；对下可通过RS-232、RS-485等实现近程或者远程的通讯，实现对消费线各个监控点的监控。本系统中链接的PLC不多，故可采用“轮询式的工作方式，依次对链接的PLC进展数据传输。上位机对来自现场的数据经特征识别、分析判定后，针对不同的状态，再经过通讯口给下级下达命令。操纵人员还可经PLC终端对PLC的工作进展可视性监控，通过触摸屏开关下达命令。因此整个系统运行的正常与否
14、和通讯口的设计关系极大。为保证通讯畅通可靠，在编制程序时应留意以下几点：1波特率的设定应与HOSTLINK单元的SW3的设置保持一致；2为保证传输可靠，对指令帧每一字符进展“异或者逻辑运算，形成通讯指令检验的FCS码；3对由HOSTLINK单元返回的响应帧在判读其相应位为“00后处理，假设FCS校验错或者响应帧相应位不为“00，显示错误信息，重新发送指令。基于PLC分级递阶控制的变电站综合自动控制系统既汲取了集散控制系统“信息集中，控制分散的上风，又保存了PLC所固有的可靠性、灵敏性及性能价格比高的优点，同时大大降低了传统集散控制系统的本钱，进步了系统性能，以最低本钱来完成高技术的自动化。该控
15、制系统各级之间既有分工又有联络，协调工作。同时按照现场实际控制需要，将执行级的PLC采用分散控制构造，将各个PLC分散后进展联网，一方面可将变电站的全部信息通过网络传至组织级计算机以实现信息集中治理，另一方面可防止因个别设备出现故障而造成整个系统的瘫痪，进步了可靠性。由于控制系统采用模块化构造形式，各变电站可根据自己的需要选择不同数目、不同规格的PLC模块，整个系统采用分级分散的网络构造形式，使增加或者去除某些单元不会影响整个系统的功能。同时，PLC可以实如今线编程，根据不同的需要对设定值进展整定，而不需要改变整个系统构造，因此大大进步了系统的灵敏性。b4结论/b本文将PLC分级递阶控制的先进思想引入变电站综合控制中，提出了一种先进、可靠、有较高性能价格比的变电站综合自动控制系统构造设计方案。其根本思想是：通过通讯网络将PLC可靠性高、灵敏性好、性能价格比高的上风与计算机信息处理快、显示性能强的上风相结合，实现了变电站“治理集中，控制分散的集散式控制。同时，将模糊控制与专家系统等智能技术引入变电站综合控制，可以有效减少分接头和补偿电容器的动作次数，减少变压器故障，进步电压质量。现场实验证实本设计可靠性高，本钱低，实用性强，符合变电站综合控制向网络化、智能化开展的方向。/align0