關(guān)于智能水電廠現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)的分析

黃凱忞

摘 要：隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的現(xiàn)實(shí)工業(yè)與生活與信息聯(lián)系在一起，電網(wǎng)的建設(shè)也開始走向智能化。智能電網(wǎng)的建設(shè)離不開水電廠的智能化發(fā)展。智能化的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，減少人工操作，提高精確性。文章重點(diǎn)對(duì)智能化變電站的特點(diǎn)與結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，明確智能水電廠現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)的特點(diǎn)，制定相關(guān)方案，為同行提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：智能水電廠；現(xiàn)地；自動(dòng)化系統(tǒng)；變電站

引言

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，電網(wǎng)系統(tǒng)中智能化發(fā)展程度不斷加深。通過(guò)智能化的方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化精確控制，實(shí)現(xiàn)了電能的節(jié)約，大大提高了電能的利用率，為不同的用戶提供了充分的保障。智能水電廠是智能電網(wǎng)發(fā)展的重要組成部分。智能水電廠的發(fā)展要適應(yīng)現(xiàn)代化電網(wǎng)建設(shè)的需求，需要對(duì)外界的信息獲取更加快捷，同時(shí)能夠做出最快的反應(yīng)，來(lái)適應(yīng)系統(tǒng)需求。

傳統(tǒng)中水電廠必須要有工作人員值班看守，及時(shí)通過(guò)電話等設(shè)備來(lái)獲得一些外界信息，手動(dòng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。隨著人工成本的不斷增加，智能化水電廠的發(fā)展已經(jīng)基本上可以不再采用人工值班的方法，大大節(jié)約了勞動(dòng)力。不可否認(rèn)，現(xiàn)階段智能化水電廠的現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展還存在著一定的不足，首先多個(gè)控制設(shè)備間沒(méi)有統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)，一些數(shù)據(jù)信號(hào)只能通過(guò)電纜進(jìn)行傳輸，設(shè)備間在數(shù)據(jù)共享方面存在著一些問(wèn)題，從而導(dǎo)致調(diào)節(jié)起來(lái)精度無(wú)法保障，后期的運(yùn)行維護(hù)同樣也面臨著一定的問(wèn)題。基于IEC61850標(biāo)準(zhǔn)，智能化變電站通過(guò)智能化與網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)備，可以充分實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)智能電氣設(shè)備之間的信息交流與操作。[1]

1 智能變電站概念

根據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，智能變電站的通信體系可以分為過(guò)程層、間隔層與站控層。過(guò)程層主要是通過(guò)一次設(shè)備與智能中間件來(lái)組成的智能終端或合并單元。間隔層主要是指繼電保護(hù)裝置，同時(shí)也對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，通過(guò)二次設(shè)備來(lái)對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行功能控制；[2]站控層則是實(shí)現(xiàn)智能化的核心部分，通過(guò)站域控制、通信系統(tǒng)以及自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)對(duì)全站的多個(gè)設(shè)備進(jìn)行測(cè)量與控制。

2 水電廠控制特點(diǎn)

水電廠的實(shí)際控制與變電站運(yùn)行也有著很多相同的地方。首先它的分層十分類似。傳統(tǒng)意義上來(lái)講，水電廠可以分為廠站層、現(xiàn)地層控制與過(guò)程層三大主要部分，這些分層與變電站的三個(gè)分層分別相對(duì)應(yīng)，這些對(duì)應(yīng)分層的功能與特點(diǎn)。通信控制方式都基本保持一致。所以智能水電廠的建設(shè)同樣可以以IEC61850標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)進(jìn)行分層。[3]另外智能變電站與水電廠的設(shè)備也多存在相同的現(xiàn)象。在變電站中經(jīng)常見(jiàn)到的一次開關(guān)設(shè)備、間隔保護(hù)器、對(duì)時(shí)系統(tǒng)中，在水電廠中同樣適用。不過(guò)水電廠比變電站控制的對(duì)象更多，除了一些基本的開關(guān)變壓器設(shè)備外，還有發(fā)電機(jī)、油水氣系統(tǒng)等，尤其是一些模擬量信號(hào)的設(shè)備。所以水電廠在發(fā)展過(guò)程中還需要有自己的特點(diǎn)，以適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)建設(shè)的需求。[4]

水電廠主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)，首先它的層級(jí)間的信號(hào)關(guān)系相對(duì)復(fù)雜一些。其次，信號(hào)類型與信號(hào)來(lái)源較多。再次，水電廠的現(xiàn)地控制層設(shè)備間的控制關(guān)系更加復(fù)雜。水電廠以發(fā)電機(jī)組與開關(guān)站為單元，發(fā)電機(jī)組控制包括監(jiān)控、保護(hù)、礪磁等子系統(tǒng)。[5]

3 水電廠現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)現(xiàn)狀

水電廠的繼電保護(hù)目前仍以微機(jī)為主，它的功能、結(jié)構(gòu)都與變電站上的繼電保護(hù)裝置類似，但在保護(hù)對(duì)象上有所不同而已。[6]水電站現(xiàn)地控制單元的監(jiān)控系統(tǒng)主要是以PLC為控制中心，它把信號(hào)進(jìn)行采集并處理，轉(zhuǎn)化為可以執(zhí)行的現(xiàn)地設(shè)備控制命令，通過(guò)以太網(wǎng)傳輸?shù)胶笈_(tái)計(jì)算機(jī)處理中心進(jìn)行備案。PLC信號(hào)處理以模擬量為主，本身并不會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類加工處理，只是進(jìn)行數(shù)據(jù)上報(bào)。由于智能化的數(shù)據(jù)只通過(guò)通信串口方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，這將會(huì)對(duì)傳統(tǒng)的水電站監(jiān)控系統(tǒng)提出了更高的要求，需要做出較大的改變。[7]

4 智能水電廠現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

首先，智能水電廠自動(dòng)化方案中可以采用智能變電站相同的分層結(jié)構(gòu)，現(xiàn)地控制由SMV來(lái)實(shí)現(xiàn)電子互感器信號(hào)采集，由GOOSE網(wǎng)來(lái)對(duì)智能一次設(shè)備與測(cè)控裝置進(jìn)行信息交換與操作，由MMS網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)地控制間、廠站間的信息交互。[8]

其次，智能水電廠現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)要避免傳統(tǒng)方案中監(jiān)控信號(hào)大集中的問(wèn)題，需要根據(jù)不同的監(jiān)控對(duì)象進(jìn)行區(qū)分，把每一個(gè)監(jiān)控對(duì)象都設(shè)計(jì)成為智能化系統(tǒng)，通過(guò)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)接口實(shí)現(xiàn)控制，如智能開關(guān)、智能轉(zhuǎn)速裝置等，這些獨(dú)立功能的實(shí)現(xiàn)就需要獨(dú)立的子系統(tǒng)進(jìn)行精確控制，信號(hào)當(dāng)然要單獨(dú)采集與儲(chǔ)存。[9]目前部分水電廠硬件設(shè)施不足，在目前的發(fā)展現(xiàn)狀下，可以通過(guò)全并單元或智能操作箱的智能測(cè)控方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)接口。由于現(xiàn)地控制層與過(guò)程層間的信息交互與相互操作，可以實(shí)現(xiàn)相互間的控制閉鎖，這些都是通過(guò)GOOSE來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這一協(xié)議大大保障了操作的時(shí)效性，但由于在此協(xié)議上的信息量十分巨大，可以根據(jù)不同的電站實(shí)際情況在同一機(jī)組內(nèi)分為多個(gè)GOOSE子網(wǎng)，提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行性能。

5 智能水電廠現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)研究發(fā)展趨勢(shì)

雖然目前已經(jīng)有多個(gè)水電廠已經(jīng)開始了智能化的技術(shù)研究，但整體仍然處于基礎(chǔ)研發(fā)階段，技術(shù)發(fā)展并未完全成熟。目前已經(jīng)有多個(gè)地區(qū)實(shí)現(xiàn)了智能化建設(shè)的初步階段，這些控制裝置的實(shí)現(xiàn)為智能水電廠技術(shù)的發(fā)展提供了方向。在未來(lái)，將會(huì)向著對(duì)象建模技術(shù)方向發(fā)展。在IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中增加了多個(gè)水電廠專用邏輯節(jié)點(diǎn)，共涉及到了電氣、機(jī)械與傳感器等多個(gè)功能領(lǐng)域。不過(guò)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)中一些需求信號(hào)并沒(méi)有明確定義。其次要不斷開發(fā)各種新型的控制裝置；最后，要不斷開展更多的操作試驗(yàn)，為了提高控制可靠性，要針對(duì)不同的供應(yīng)商，提高試驗(yàn)的準(zhǔn)確性與可靠性，為智能化水電廠的發(fā)展提供強(qiáng)力保障。[10]

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，智能水電廠將是未來(lái)發(fā)展的重要趨勢(shì)，現(xiàn)地自動(dòng)化系統(tǒng)涉及到的對(duì)象十分復(fù)雜，它的實(shí)現(xiàn)將是對(duì)傳統(tǒng)水電廠發(fā)展的一種革新與改造。在智能化發(fā)展過(guò)程中，需要科技人員與其他所有工作人員共同努力，為實(shí)現(xiàn)我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展尋找更加適合現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的技術(shù)方向與發(fā)展目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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