变电站分级递阶控制系统的结构分析

　　摘 要：可编程控制器（PLC）被称为现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。利用计算机运算速度快，信息处理方便，显示性能高的优点，将其作为上位机，行使管理功能，与PLC形成一个优势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，从而可以对变电站进行最优综合控制。
　　关键词：PLC；自动控制；分级递阶控制系统
　　变电站自动化，也称变电站综合自动化，是伴随着计算机及大规模集成电路技术的发展而出现的，国际上在20世纪70年代末就研制出了实验系统。到了90年代，计算机的性能也十分强大·稳定，价格持续下降，并随着计算机通信技术和网络技术的发展，变电站自动化系统的性能也是满足电力系统运行的要求。建设和运行经验表明，变电站自动化系统可带来节省电缆、缩小控制室面积、提高监控水平、积累运行数据和节省人力等方面的显著效益，现已成为新建变电站首选的监控模式。
　　当前，已有变电站将PLC引入控制系统中，但是仅仅利用PLC对开关量进行控制，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。
　　一、组织级的设计
　　组织级是本系统的最高级，承担着最优决策的功能。当前变电站综合控制大部分仍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行调节。因此，我们对传统的控制策略也作了改进，引入了无功调节判据，提出了模糊边界的无功调节。基于电压与无功的相互影响，对电容器组的投切判据建立如下数学模。
　　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；α1，α2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1所示。
　　我们利用计算机进行模糊推理，得到最优控制策略，形成控制规则表，将其传递到下级进行协调控制。同时该级为操作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、柱状图等形式实时反映出来，并且在出现异常情况时可进行声光报警，使操作人员可以及时全面的了解系统运行情况，并可对生产过程进行调节和控制。
　　二、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。该级可由计算机或主PLC构成，随着PLC性能价格比的不断提高，一般变电站的监控/协调级都可由主PLC承担。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。
　　三、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达到精确控制，因而可靠性高、实时性好、性能价格比高的PLC是最佳选择。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提高可靠性。所谓PLC冗余技术即正常运行时，一台PLC作为主PLC进行控制，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发生故障的几率十分小，采用冗余技术后的故障率几乎为零。
　　四、总结
　　现在的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结构，可以十分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，提高了系统的可靠性。
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