計算機控制技術在供配電自動化系統(tǒng)中的應用

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，為了適應經(jīng)濟發(fā)展的現(xiàn)實需要，國家電網(wǎng)建設提出了智能化建設思維，在這一時代背景下，智能電網(wǎng)逐漸取代了傳統(tǒng)電網(wǎng)，并將配電化技術引進其中，極大提升了智能電網(wǎng)供電運行的安全與可靠性。但是，供配電自動化技術本身存在一定的局限性，將計算機控制技術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、延長設備壽命。本文對計算機控制技術在供配電自動化系統(tǒng)中的應用進行簡要研究。

1 計算機控制技術在供配電自動化系統(tǒng)中的應用思路

1.1 配電系統(tǒng)自動化

配電系統(tǒng)自動化包括配電網(wǎng)調(diào)度自動化以及配電自動化。其中，配電網(wǎng)調(diào)度自動化包括配電網(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)運行工作。配電自動化包括變電站自動化以及饋線自動化。

1.2 實現(xiàn)信息交互

配電自動化系統(tǒng)應用于現(xiàn)實工作場景中，需要實現(xiàn)不同系統(tǒng)之間的信息、數(shù)據(jù)交互，在傳統(tǒng)技術背景下，配電自動化主站主要采用點對點的方式來實現(xiàn)系統(tǒng)之間的信息傳輸以及通信任務。這種方式不僅需要設置大量地維護接口，消耗大量的人力、資源成本，在使用過程中還存在協(xié)議不標準、信息交互性差等缺陷，很難充分發(fā)揮出配電自動化系統(tǒng)的信息交互作用。圖1 為點對點協(xié)議下的互聯(lián)方式。

圖1 點對點協(xié)議下的互聯(lián)方式

在智能電網(wǎng)建設意見提出之后，相關工作人員在傳統(tǒng)系統(tǒng)互聯(lián)方式的基礎上，提出了針對性較強的改進意見，即將IEC61968 標準應用于信息交互總線設計過程中，通過此種方式能夠在一定程度上減少系統(tǒng)的維護接口數(shù)量，進而實現(xiàn)快速、標準的全局信息共享作業(yè)。IEC61968 標準應用背景下的計算機控制技術信息互聯(lián)方式工作流程與傳統(tǒng)點對點協(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上對信息進行深入處理，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化系統(tǒng)計算機控制技術需要具備的幾個核心功能，同時也是自動化系統(tǒng)能夠在實踐中發(fā)揮根本價值的重要措施，現(xiàn)階段，配電自動化系統(tǒng)通過計算機控制技術，能夠有效實現(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、應用模塊。該模塊在實踐中主要存在以下幾個主要特點：

1）能夠?qū)┡潆娮詣踊到y(tǒng)中存在的單層故障、多層故障進行精準定位，并將其分為故障隔離區(qū)、功能健全區(qū)，防止故障位置對系統(tǒng)正常運行造成影響。

2）在傳統(tǒng)故障定位技術背景下，故障處理模塊很可能出現(xiàn)各種漏報、錯報故障，而在配電自動化計算機控制背景下，其故障處理模塊具有容錯性。

3）在編制、生成故障處理策略時，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)運行可靠性

在供配電自動化系統(tǒng)運行過程中，電網(wǎng)很容易受到外界信息的干擾，在系統(tǒng)中加入計算機通信技術能夠顯著提升電能運輸?shù)目垢蓴_能力，即使受到了干擾，也能夠在很短的時間內(nèi)進行故障識別、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，提升電力工程的應用價值[2]。

2 計算機控制技術及其可靠性分析

2.1 計算機控制系統(tǒng)簡介

應用于供配電自動化系統(tǒng)的計算機控制系統(tǒng)主要包括主控機、顯示器、鍵盤、打印機、備用電源、抗干擾電源、報警設備等。在此基礎上，還包括執(zhí)行具體操作的操作臺，操作臺上的設備包括各種開關、按鈕、指示燈顯示器、信息顯示板等。傳感器信號通過總線到達控制主機，對電量進行遙測、遙信、遙控，在供配電現(xiàn)場，實現(xiàn)信號采集、控制的設備為ICU。

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

2.2 計算機控制系統(tǒng)選擇

在實踐中，計算機控制系統(tǒng)主要分為集中控制系統(tǒng)（CCS）、分布控制系統(tǒng)（DCS）兩個基本種類，其中，集中控制系統(tǒng)的主要特點為，由單一的計算機完成控制系統(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、實時數(shù)據(jù)庫管理、歷史數(shù)據(jù)管理、人機交互、系統(tǒng)監(jiān)督管理等內(nèi)容。但是，此類型的控制系統(tǒng)在實踐中主要存在以下運行效率較小、可靠性下降、可擴展性不足、計算機失效可能性大等缺陷，需要與分布控制系統(tǒng)（DCS）進行有機結(jié)合才能發(fā)揮更加出色的應用價值。圖2 為分布分散式結(jié)構示意圖。

圖2 分布分散式結(jié)構

3 計算機控制技術在供配電自動化系統(tǒng)中的應用

3.1 對變壓器設備實施在線監(jiān)控

我國土地廣袤、地域遼闊，為了實現(xiàn)全民用電，電網(wǎng)的規(guī)模、供配電自動化系統(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)模導致供配電系統(tǒng)的管理難度同樣相對較大。將計算機控制系統(tǒng)應用于變壓器設備上，能夠?qū)崿F(xiàn)設備功能、狀態(tài)的時刻監(jiān)測，在此基礎上，工作人員能夠?qū)﹄娏υO備有著更加準確地了解，預測其工作狀態(tài)與參數(shù)變化，極大增強變壓器設備維護與維修工作開展的靈活性與科學性[4]。

3.2 對供配電自動化系統(tǒng)微機的實時保護

在信息化技術背景下，供配電自動化系統(tǒng)微機保護系統(tǒng)能夠嵌入計算機實時操作中，提升了人與機器的互動性，同時提高了通信能力。該保護系統(tǒng)能夠在一定程度上保證電網(wǎng)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，防止其瞬間面臨危險而遭受損害，該系統(tǒng)還能夠?qū)?shù)據(jù)進行保護，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時分析與處理。最后，該系統(tǒng)在實踐中還具有較強的拓展性以及模塊化特征，在實踐中一旦出現(xiàn)問題，只需要對模塊進行更換即可實現(xiàn)問題的有效解決。

3.3 對斷路器進行控制

斷路器是發(fā)電廠正常運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，其正常運行對于保障發(fā)電安全性與穩(wěn)定性具有十分重要的價值與意義。但是從實際結(jié)構來看，斷路器內(nèi)部存在相當多的電磁元件，接線以及檢修具有相當強的復雜性特征。在實踐中，將計算機控制系統(tǒng)應用于其中，能夠有效提升電流輸入、輸出的控制質(zhì)量，進而降低接線難度，這主要是由于，技術人員能夠通過計算機控制系統(tǒng)中信號燈的變化情況掌握供配電系統(tǒng)當中設備的運行情況，進而降低檢修難度。其次，閉環(huán)控制系統(tǒng)是電氣自動化控制系統(tǒng)的最基本單元，利用計算機控制系統(tǒng)能夠形成有效的閉環(huán)控制裝置，進而對調(diào)節(jié)器的測量速度進行有效控制，根據(jù)實際運行時間、狀態(tài)實現(xiàn)自動化啟動與關閉，進而完成整個系統(tǒng)的操作。最后，該系統(tǒng)還能對線路溫度、壓力的變化情況進行動態(tài)監(jiān)控，進而保證系統(tǒng)的長期、穩(wěn)定、高質(zhì)量運行[5]。

3.4 應用GPS 等智能控制技術

在當前技術背景下，很多供配電系統(tǒng)都已經(jīng)能夠?qū)PS、EMS 等檢測工具有效應用于智能遠程控制系統(tǒng)中，在距離供配電現(xiàn)場較為遙遠的地方能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)運行情況的動態(tài)關注與數(shù)據(jù)收集。計算機能夠在短時間內(nèi)分析冗余數(shù)據(jù)，并對其進行同步定位與動態(tài)流量測量，進而提升供配電自動化系統(tǒng)的應用價值。

3.5 強化對傳感器設備的應用

傳感器設備在自動化控制系統(tǒng)中具有相當重要的價值與意義，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備，技術人員能夠通過該設備獲取大量有效信息，再通過轉(zhuǎn)換元件對信息進行處理之后，能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的有效傳輸。

在整個供配電系統(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。隨著計算機控制技術的不斷發(fā)展，傳感器的類別、數(shù)量、先進性必將不斷增加，需要加強對于傳感器技術的重視程度[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算機控制技術在供配電自動化系統(tǒng)中應用的重點之一。首先，可編程控制器需要滲透到供配電自動化系統(tǒng)工作的各個環(huán)節(jié)當中，其介入能夠顯著降低工作人員的工作量，同時節(jié)省一定人工成本。其次，在可編程控制器應用背景下，其會自動對設備、工作環(huán)節(jié)進行檢查與監(jiān)測，不需要工作人員進行實時查看，只需要根據(jù)計算機控制系統(tǒng)反饋數(shù)據(jù)就能夠查看到問題所在，并根據(jù)問題的具體情況對其進行針對性處理即可。最后，可編程控制器還能為供配電自動化控制提供多方位的功能技術支持，實際功耗也相對較低，能夠有效保障操作系統(tǒng)、體系之間相互協(xié)調(diào)配合。

4 計算機控制技術在供配電自動化系統(tǒng)中的應用前景

4.1 配電功能分層式布置

隨著科學技術的不斷發(fā)展，配電功能分層式布置將逐漸落實。具體而言，近年來，供配電自動化系統(tǒng)計算機控制技術正在不斷發(fā)展，其以DPS 為載體，在數(shù)字信號的基礎上，通過實時譯碼功能替代傳統(tǒng)技術背景下的點對點通信技術，能夠促進配電功能分層布置順利實現(xiàn)，不僅能夠在一定程度上提升配電系統(tǒng)的工作效率，同時還能優(yōu)化其功能結(jié)構，持續(xù)強化其性能。圖3 為配電系統(tǒng)。

圖3 配電系統(tǒng)

4.2 配電網(wǎng)自我保護功能增強

配電網(wǎng)自我保護功能增強是科學技術發(fā)展背景下的主要發(fā)展方向之一。在技術發(fā)展的背景下，配電網(wǎng)系統(tǒng)中必然會不斷引進現(xiàn)代通訊技術，包括但不限于SCADA、PAS 應用、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)自動化的核心是SCADA 綜合平臺，該平臺不僅能夠?qū)崿F(xiàn)平臺功能、完成橫縱向任務，還能拓展相關任務，并實現(xiàn)對配電系統(tǒng)的遠程監(jiān)控系統(tǒng)保護。同時，該系統(tǒng)具有遠程監(jiān)控、定向修復等功能，能夠通過對相關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)量顯著提升是計算機控制技術在供配電自動化系統(tǒng)中應用的必然結(jié)果。具體而言，隨著現(xiàn)代信息化技術的持續(xù)發(fā)展，DSP 處理器的信號處理能力必將不斷增強，當前配電系統(tǒng)中的模擬信號處理技術將會被更加先進的技術所取代。傳感器、控制方法、算法等內(nèi)容均會得到不斷優(yōu)化，提升供配電自動化系統(tǒng)計算機控制技術的靈活性與可靠性，削弱配電系統(tǒng)對于線路調(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

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