電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展方向

文/田曉娟 李景瑞 杜靜 王娟平

1 電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 電力調(diào)度控制設(shè)備分析

電力調(diào)度設(shè)備是現(xiàn)代計(jì)算式控制系統(tǒng)的一個(gè)非常重要的應(yīng)用，它采用了當(dāng)前較為流行的局域網(wǎng)技術(shù)通過(guò)性能較好的西門(mén)子PLC和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)來(lái)進(jìn)行完成，整個(gè)系統(tǒng)主要是通過(guò)西門(mén)子的硬件來(lái)組成的，其工作性能良好，同時(shí)也便于進(jìn)行維護(hù)，主要包括儀表執(zhí)行機(jī)構(gòu)、信號(hào)處理模塊和操作站，所有的硬件組件都需要用pcs7軟件來(lái)對(duì)其進(jìn)行支持，這個(gè)軟件能夠更好的，對(duì)于電力調(diào)度進(jìn)行相關(guān)任務(wù)的完成，在電廠(chǎng)等行業(yè)有著極為廣泛的應(yīng)用，很多設(shè)備都是通過(guò)對(duì)這個(gè)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行運(yùn)作的。

圖1為一個(gè)典型的PCS 7系統(tǒng)，圖中ES為工程師站，OS為操作員站，AS 為自動(dòng)化站。

可進(jìn)行的相關(guān)輸入輸出情況如下：

（1）模擬量輸入：4～20mA信號(hào)，最大輸入阻抗為250Ω，輸入板提供4～20mA二線(xiàn)制變送器的直流24V電源。對(duì)1～5Vdc輸入，輸入阻抗大于或等于 500 KΩ。執(zhí)行機(jī)構(gòu)、電動(dòng)閥門(mén)反饋信號(hào)以及電動(dòng)機(jī)電流信號(hào)等4～20mA模擬量輸入信號(hào)采用進(jìn)口隔離器進(jìn)行隔離，減小電氣干擾。

（2）模擬量輸出：4～20mA或1～5Vdc可選，具有輸出阻抗大于600Ω的負(fù)載能力。

（3）數(shù)字量輸入：數(shù)字量輸入模件采取光電隔離，閉合接點(diǎn)作為“狀態(tài)1”，開(kāi)斷接點(diǎn)作為“狀態(tài)0”。負(fù)端接至隔離地上，系統(tǒng)提供對(duì)現(xiàn)場(chǎng)輸入點(diǎn)的“查詢(xún)”電壓，系統(tǒng)的“查詢(xún)”電壓大于或等于24VDC。

（4）數(shù)字量輸出：數(shù)字量輸出模件采用電氣隔離輸出，輸出接點(diǎn)是獨(dú)立的無(wú)源干接點(diǎn)，并提出具體的接點(diǎn)容量值。為保證DCS系統(tǒng)的安全，系統(tǒng)提供具有足夠接點(diǎn)容量的隔離繼電器及繼電器柜，同時(shí)提供可靠的電源。DO模件應(yīng)具有快速掃描，快速輸出功能。

（5）電阻（RTD）輸入：能夠直接接受三線(xiàn)制或四線(xiàn)制（不需變送器）的Cu50、Pt100 等類(lèi)型熱電阻。

（6）熱電偶（T/C）輸入：能夠直接接受分度號(hào)為K型、E型或T型熱電偶信號(hào)（不需變送器）的能力。熱電偶冷端溫度補(bǔ)償和在整個(gè)工作段的線(xiàn)性化，在I/O模件內(nèi)完成而不需要通過(guò)數(shù)據(jù)通訊總線(xiàn)。

（7）脈沖量輸入：每秒能接受6600個(gè)脈沖。

1.2 電力調(diào)度電源設(shè)備分析

對(duì)于所有的電子裝置機(jī)柜都應(yīng)該分配相應(yīng)的電子裝置機(jī)柜，這個(gè)分配柜應(yīng)該能夠接受兩路交流電，交流電應(yīng)當(dāng)是220伏，其上下浮動(dòng)不能超過(guò)10%。單個(gè)機(jī)柜進(jìn)行電源的配置應(yīng)當(dāng)對(duì)于其回路保護(hù)設(shè)備進(jìn)行同步的配置，同時(shí)也應(yīng)該加入電源切換裝置應(yīng)當(dāng)提供兩套以上的備份直流電源，這樣可以使得這種電源有足夠的容量和電壓來(lái)對(duì)其進(jìn)行處理，在工作電源出現(xiàn)故障的時(shí)候能夠?qū)ζ溥M(jìn)行自動(dòng)切換使得備份電源能夠?yàn)槠溥M(jìn)行供電而不影響部件的工作。如果出現(xiàn)電源故障的時(shí)候就應(yīng)該進(jìn)行報(bào)警，讓一部分電路故障的時(shí)候自動(dòng)對(duì)其進(jìn)行切換，讓另一部分參與工作，使得不會(huì)導(dǎo)致電源在電子裝置機(jī)柜失電，還應(yīng)該裝入饋電的分散裝置，使得其可靠性能較好，能夠接觸變送器的輸入信號(hào)同時(shí)在短路的時(shí)候，也能夠?qū)ζ溥M(jìn)行短路的時(shí)候，不影響其它輸入通道的運(yùn)行。在熔斷器開(kāi)路時(shí)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行報(bào)警，不管是什么樣的信號(hào)輸出都應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行過(guò)負(fù)荷的保護(hù)，在系統(tǒng)機(jī)柜內(nèi)，所有設(shè)備都應(yīng)該具有一定的電隔離手段，如果電源被拆除就需要報(bào)警。將這個(gè)回路通過(guò)智能控制的方式來(lái)進(jìn)行運(yùn)作，在整個(gè)系統(tǒng)的控制范圍之內(nèi)，如果出現(xiàn)電源電壓不夠的情況時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)和處理。電磁閥電源是應(yīng)當(dāng)由內(nèi)部的回路來(lái)對(duì)其進(jìn)行提供，這樣是最安全的，保障系統(tǒng)長(zhǎng)期可靠。

2 電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展方向

2.1 總線(xiàn)控制

圖1：PCS 7控制系統(tǒng)

電力調(diào)度的整個(gè)系統(tǒng)的核心是通過(guò)總線(xiàn)的方式來(lái)對(duì)其進(jìn)行控制，采用雙絞線(xiàn)、光纜等方式來(lái)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸，這樣就可以減少導(dǎo)線(xiàn)的使用量，其可靠性也越來(lái)越強(qiáng)。利用傳感器和變送器來(lái)對(duì)于所有設(shè)備進(jìn)行傳輸可以很容易地對(duì)于復(fù)雜的信號(hào)進(jìn)行控制，同時(shí)通過(guò)傳輸檢錯(cuò)功能可以對(duì)于傳輸過(guò)程當(dāng)中出現(xiàn)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)信息和控制信息進(jìn)行檢測(cè)和修正，通過(guò)將PID控制進(jìn)行分散能夠采用更好的數(shù)字化操作系統(tǒng)來(lái)對(duì)其進(jìn)行控制，PID控制圖如圖2所示?，F(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)是指安裝在當(dāng)前區(qū)域的，較為可靠的自動(dòng)控制設(shè)備，可以對(duì)原有的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行替代，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)使得設(shè)備擁有著更好的操控能力，使其能夠更加適應(yīng)于工業(yè)建設(shè)，可以大大提升精度和速度，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的精確控制。為了實(shí)現(xiàn)總線(xiàn)的相互兼容操作，只要是遵循相同協(xié)議的就可以進(jìn)行互聯(lián)，這樣的工業(yè)產(chǎn)品就是可以互相操作的，開(kāi)放式的系統(tǒng)，也就是說(shuō)不管是哪個(gè)廠(chǎng)家電力調(diào)度的產(chǎn)品，只要它們遵循相同的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)就可以進(jìn)行通訊。其構(gòu)成構(gòu)件還可以對(duì)于網(wǎng)關(guān)和其上級(jí)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面的連接，使得管理者能夠?qū)τ陔姀S(chǎng)設(shè)備的實(shí)際電力調(diào)度情況進(jìn)行分析，通過(guò)設(shè)備的智能化控制與電力調(diào)度能夠使得管理者更好的對(duì)其進(jìn)行關(guān)注，這樣就使得電力調(diào)度效率能夠進(jìn)一步得到提升，有利于實(shí)現(xiàn)更加可靠的管控。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)裝置智能化

將控制功能放在現(xiàn)場(chǎng)的儀表當(dāng)中，目前來(lái)說(shuō)，儀表控制主要可以對(duì)于數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)督控制和優(yōu)化調(diào)節(jié)，通過(guò)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化才能夠?qū)崿F(xiàn)室內(nèi)儀表裝置更加可靠的運(yùn)行，數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可以對(duì)于這個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行更好的支撐，這個(gè)原理是非常簡(jiǎn)單的。電力調(diào)度系統(tǒng)可以執(zhí)行自動(dòng)控制設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)裝備的雙向控制，現(xiàn)場(chǎng)裝置和控制設(shè)備必須同一種總線(xiàn)協(xié)議下進(jìn)行運(yùn)行，才能夠進(jìn)行相互的通訊。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)一級(jí)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)自身的功能，因此需要現(xiàn)場(chǎng)裝置進(jìn)行數(shù)字化和智能化改造，才能夠讓其更加可靠的運(yùn)行。

2.3 信息處理現(xiàn)場(chǎng)化

圖2：PID控制

對(duì)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，不管是采用分散式的控制系統(tǒng)，還是采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的方式來(lái)對(duì)其進(jìn)行控制，系統(tǒng)都需要對(duì)其進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)處理，再利用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)之后可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)信息的收集來(lái)對(duì)于其控制進(jìn)行指導(dǎo)，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)系統(tǒng)的信息量并沒(méi)有出現(xiàn)減少，甚至在原有基礎(chǔ)上還有大幅的增加，但是用來(lái)傳輸信息的線(xiàn)路卻并沒(méi)有增加，這樣就使得信仰的傳輸信息的能力需要進(jìn)一步的提升，才能夠有效的對(duì)于這個(gè)狀況進(jìn)行應(yīng)對(duì)。另一方面需要讓很多信息在現(xiàn)場(chǎng)就要完成處理，減少信息的多向傳輸，這樣就可以使得信息能夠通過(guò)底層設(shè)備來(lái)進(jìn)行完成，避免了大量的數(shù)據(jù)容差情況，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)智能儀表完成數(shù)據(jù)采集處理等工作就可以有效的對(duì)其進(jìn)行控制和處理。同時(shí)，這個(gè)過(guò)程要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)傳輸?shù)娇刂圃O(shè)備上，控制設(shè)備需要對(duì)于各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表的狀態(tài)進(jìn)行，對(duì)于其數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。其具有較好的控制功能，這個(gè)系統(tǒng)目前來(lái)說(shuō)開(kāi)放性能較強(qiáng)，同時(shí)也有著良好的操作性，通過(guò)數(shù)字化通訊來(lái)完成功能的實(shí)現(xiàn)。其對(duì)于工業(yè)設(shè)備來(lái)說(shuō)適用性較強(qiáng)，但是目前來(lái)說(shuō)并沒(méi)有得到非常廣泛的應(yīng)用，需要有一定的手段對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化和推廣。

3 總結(jié)

智能化無(wú)疑是電網(wǎng)發(fā)展的大趨勢(shì)，電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)集成調(diào)度技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)、穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)信息的有效整合和綜合利用，從而使得電能質(zhì)量及電網(wǎng)的調(diào)整更加的協(xié)調(diào)和趨于優(yōu)化，隨著電網(wǎng)不斷的發(fā)展，電網(wǎng)的運(yùn)行和管理需求在不斷地變化，要保證電力生產(chǎn)的安全有序進(jìn)行，作為重要支柱的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)要不斷發(fā)展，不斷創(chuàng)新，以適應(yīng)不斷變化的電網(wǎng)需求。