計(jì)算機(jī)在電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制中的應(yīng)用

□熊方揚(yáng) 陳 凱

電力系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)模型、控制算法、傳感器、控制元件、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和電力系統(tǒng)等組合而成。電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制是指計(jì)算機(jī)對(duì)外來(lái)的信號(hào)能夠快速處理，并在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)迅速地作出響應(yīng)或控制?，F(xiàn)代化的電力系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)視和控制系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為中心的在線實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。

電力系統(tǒng)的自動(dòng)監(jiān)視和控制系統(tǒng)由三部分組成：以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為核心的中央控制（調(diào)度）中心、被控對(duì)象的控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)。遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)將被控對(duì)象（如發(fā)電廠、變電所等）運(yùn)行狀態(tài)的各種信息傳遞給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)信息進(jìn)行綜合分析，作出調(diào)度決策，形成控制信息，通過(guò)遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)發(fā)送到被控對(duì)象。

為了確保電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的安全、可靠，通常由兩臺(tái)以上的計(jì)算機(jī)與相應(yīng)的外圍設(shè)備構(gòu)成,一般采用體積小、價(jià)格低、可靠性高的多臺(tái)微型機(jī)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置方案大致有以下三種：

雙機(jī)系統(tǒng)。通常用于中、小型電力系統(tǒng)。平時(shí)由一臺(tái)計(jì)算機(jī)擔(dān)負(fù)在線實(shí)時(shí)控制功能，另一臺(tái)進(jìn)行離線計(jì)算。當(dāng)在線計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，可以手動(dòng)切換（切換時(shí)間允許在十分鐘內(nèi)完成）。也可以由一臺(tái)計(jì)算機(jī)擔(dān)負(fù)主要的在線任務(wù)，另一臺(tái)擔(dān)負(fù)次要的任務(wù)，它們之間保持緊密的聯(lián)系。當(dāng)一臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)生故障時(shí)，所有的功能都轉(zhuǎn)到另一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，可在10—15秒內(nèi)完成切換。

主機(jī)—前置機(jī)系統(tǒng)。將一些簡(jiǎn)單的計(jì)算和監(jiān)控 （如遠(yuǎn)程信息的收集與處理、負(fù)荷—頻率控制、屏幕顯示等）任務(wù)，用微型機(jī)來(lái)處理，作為系統(tǒng)前置機(jī)。較復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)，可集中到高速、大容量的計(jì)算機(jī)，作為系統(tǒng)主機(jī)。為了保證系統(tǒng)可靠性，主機(jī)和前置機(jī)采用雙機(jī)。

分層控制多機(jī)系統(tǒng)。該系統(tǒng)適用于大型電力系統(tǒng)。分層控制就是將監(jiān)視和控制任務(wù)分組管理。在每個(gè)區(qū)調(diào)內(nèi)裝設(shè)微型計(jì)算機(jī)，由它收集本地區(qū)各廠、站的遠(yuǎn)程信息，經(jīng)過(guò)整理加工后轉(zhuǎn)發(fā)給裝在中調(diào)所的主計(jì)算機(jī)。主計(jì)算機(jī)監(jiān)視主網(wǎng)的運(yùn)行情況，也控制一部分直調(diào)廠、站。主計(jì)算機(jī)的控制命令經(jīng)過(guò)高速通道發(fā)送給每臺(tái)微型機(jī)，再由它監(jiān)控本地區(qū)的每一個(gè)發(fā)電廠、變電站、集控站。采用分層控制，可減輕主機(jī)負(fù)擔(dān)。在緊急狀態(tài)下，可將電力系統(tǒng)分成幾個(gè)孤立系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行，提高了可靠性。

實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)應(yīng)配備實(shí)時(shí)時(shí)鐘、完善的多級(jí)優(yōu)先權(quán)中斷系統(tǒng)和中斷服務(wù)程序，使系統(tǒng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，周期性、快速地響應(yīng)被控對(duì)象所提供的信息（是隨機(jī)信息，也稱為外部事件）。若存在幾個(gè)外部事件，實(shí)時(shí)控制可以根據(jù)它們的輕重緩急（或不同的優(yōu)先級(jí)別）進(jìn)行處理，主機(jī)響應(yīng)優(yōu)先級(jí)別較高的外部事件所提出的中斷請(qǐng)求，立即轉(zhuǎn)入該外部事件的中斷服務(wù)程序。

電力實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的軟件應(yīng)能適應(yīng)系統(tǒng)龐大、復(fù)雜和快速的要求。程序設(shè)計(jì)的工作量是很大的，應(yīng)包括系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)軟件（包括實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)和過(guò)程控制語(yǔ)言）應(yīng)結(jié)合電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制的特點(diǎn)，進(jìn)行多道程序分時(shí)操作，便于修改和增加功能塊，能處理非標(biāo)準(zhǔn)外圍設(shè)備的信息，硬件故障的自動(dòng)診斷，多機(jī)系統(tǒng)之間信息的交換等。實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，所有應(yīng)用程序需要使用一組共用的數(shù)據(jù)（包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和固定數(shù)據(jù)）。通常，把這些數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)進(jìn)行管理，便于修改、檢索、交換和保護(hù)。

近年來(lái)，電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制的應(yīng)用程序發(fā)展較快，大致可分為兩大類：面向安全的應(yīng)用程序和面向經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用程序。前者主要有安全監(jiān)視、安全分析和安全對(duì)策；后者主要有自動(dòng)調(diào)頻和經(jīng)濟(jì)調(diào)度。

電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程通訊裝置是直接為電力監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)的，應(yīng)滿足精度高、速度快、設(shè)備可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、易維護(hù)等要求。數(shù)字式遙測(cè)裝置能滿足上述要求，現(xiàn)已逐漸取代模擬式遙測(cè)裝置。我國(guó)生產(chǎn)的WYZ型遠(yuǎn)程裝置，采用串行編碼方式，一臺(tái)發(fā)送器可傳送32、64或128個(gè)遙測(cè)量，使每個(gè)通道能夠傳遞的信息量大大增加。每2.5—3秒就可以收集一次全系統(tǒng)信息，如電力系統(tǒng)各母線電壓、相角，各線路與變壓器的有功、無(wú)功功率狀況，各斷路器與隔離開(kāi)關(guān)的實(shí)時(shí)狀態(tài)等。近年來(lái)出現(xiàn)的數(shù)字式遠(yuǎn)程裝置與微處理機(jī)技術(shù)相結(jié)合，大大提高遠(yuǎn)程信息處理的可靠性和精度。