基于PLC控制系统在智能电网中应用的研究
​颜恒
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​颜恒,. 基于PLC控制系统在智能电网中应用的研究[J]. 电网技术研究,2023.10. DOI:10.12721/ccn.2023.157338.
摘要:
智能电网作为电力系统现代化发展的必然结果,需要依托PLC控制系统的广泛应用,找到更合理、更科学的发展契机和模式。现阶段,该系统主要应用在电网的数据采集与监控,电力系统自愈和线路电流保护等领域,也在积极探索依托PLC的电网并网远程监测和电网供需互动优化。为保证系统应用质量,需要高标准选择硬件,合理设计结构,并大胆进行创新转化。
关键词: 智能电网PLC控制系统系统应用
DOI:10.12721/ccn.2023.157338
基金资助:

PLC,即可编程逻辑控制器系统,相较于传统控制系统有着更为可靠的编程结构、更完善的功能模块、更快的运行速度和更灵活的组成形式;其以PLC为核心,可在无人干预状态下通过执行口令高标准高速度完成控制任务。该技术内涵可支持智能电网在发展阶段想要达到的电路保护等功能需求,所以也成为现阶段我国电网智能化建设的重要控制系统之一。后期,也可以通过PLC功能、模块的增减,系统规模和功能配置结构的调整,满足电网不断变化的智能化需求。

一、PLC控制系统在智能电网中的应用范围

(一)数据采集与监控

PLC控制系统是由多个单片微型计算机组成的,相较于继电器有更高的集成度。而随着微处理器等微计算机形式的迭代更新,使得PLC的数据处理能力也逐步提高,在不同的智能电网应用场景中首先可以实现对大量电网数据的智能化采集和监控,并可以不间断完成采集作业,对采集得到的内容进行分类转换和关键信息提炼,成为用来判断输电线路、配电站等运行状态的依据,并用以进行停电确认、故障定位。并可以根据实时计算得到的元件温度、功率因数等,制定下一阶段工作计划。比如可将电网中的测量数据按照不同比例进行缩小转换,用采集到的电压和电流互感器信息判断电路运行状态,既可以发送后继指令,也可引导线路运维人员查看固定线路,防止出现电路干扰或电流过大导致的设备损坏情况。

(二)电力系统自愈

在强大的数据信息采集与监控体系之下,PLC系统还具备自诊断式的监控功能。其主要是依托大量的自检信号,根据已设定的程序准则不间断实现对系统动作的自我评估,而在评估之后一旦判断电网处在异常运行状态之下,又可以根据已设定的安全值和实时运行参数,发生自动发送报警信号等行为。在发送信号的同时还会反馈该故障的类型、原因、位置,并自动切断故障与周围的连接点,最大程度上控制电网运行故障的损伤范围,为尽快恢复电网正常运行状态争取时间。另外,该系统还可以减少故障修复阶段的继发问题,比如检测到主电源因为跳闸等出现断电问题,就会引导系统程序在已设定的时间之内启动备用电源,用以支持电网继续运行,确保供电服务不中断或尽量缩短中断时间。而当故障消除,系统又会检测到电网恢复运行的状态信号,进而指挥程序自动切断备用电源,重新再接入主电源开展工作,实现自愈和自洽。

(三)线路电流保护

PLC系统本身就装置了具备电路保护功能的软件,所以可以提高智能电网电流保护场景的工作效能。具体是将其用于替代早期电网的继电保护系统,用开关量控制和模拟式控制达成保护效果。工作中依托PLC输入节点状态,完成电流信号的表征任务,再由系统根据电网的开关、闭合情况获取CPU读数,进而完成开关量和电平量的转换操作,电流信号与电压信号进行转换,数字量和基准电压数字量成为判断线路情况的基准,进而驱动动作,使用PRC系统输出结果。智能电网就可以最终实现过流延时等保护动作,确保电网运行稳定安全。

(四)其他应用

在现阶段,还在积极探索PLC支持下的电网并网同步远程检测系统设计与开发,和对电网供需互动业务的优化。比如依托PLC实现电网并网同步远程检测,就主要是通过控制模块、数据通信、模拟量采集和路由器跨网段互通等控制硬件,以及通信程序、模拟量输入、通信中断等软件,实现人机交互下的电网智能化并网检测。系统依托已设定的限定参数完成报警、显示数据通信和变电站切换,并可以及时对系统的正常情况或已出现的故障进行测试。而将其用于优化电网供需互动业务,则可以通过提高业务信道高低负载时的通信性能,支持PSK线性码等多模型的通信功能,完成自适应传输,在特定场景下协调基于固定值和动态值的自适应编码调制技术。虽然该种系统应用方法仍处在初期探究阶段,但后期可以更加精准的建立电力线信道模型,优化电力线信道通信环境。

二、PLC控制系统在智能电网中的应用注意

(一)高标准选择硬件

为确保PLC控制系统在智能电网中发挥作用,还需要选择容量、使用性能、性能质量更高的硬件设备,既满足电网智能化建设需求,又避免性能的浪费。

具体要根据工程量,从机型、容量、响应速度等多个方面进行设备的硬件对比。比如要将该系统用于控制电网并网同步远程检测,就应当以远程变电站准同期并网同步点参数为标准,即及考虑到电压差、相位差,依托4个信号发生器组成一个完整系统,再根据模拟量输入模块的同步需求选择控制模块。而其中所包括的数据通信协议硬件应考虑osi7层模型和5层模型,组成完整的物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。另外,在部分智能电网建设中还会选择226型号的西门子公司PLC,主要是考虑到其更强大的扩展数目和开关量,用以解决直接增加电源模块进行电源扩展的实际问题。

(二)合理设计结构

选好硬件还应当进行合理的系统结构设计,仍然要以PLC装置为系统核心,依托以太网连接、控制整个系统。系统可以分为信息采集、电力监控、主控制、回路控制等多个模块,通过人机交互界面进行信息传输和系统使用。

设计时可以使用博途软件的集成step-7进行具体的优化调整,既使得系统中各子任务、子程序更加稳定,也便于修改和调试。系统设计也可以使用fc、fb块,背景数据块和全局数据块,构建完整的智能电网控制链路。

结束语

在智能电网建设、升级过程中,PLC控制系统可以基于其原理和控制模块发挥关键作用。在应用该系统时必须基于智能电网长期发展的需求,从软硬件两方面更好的发挥PLC的价值,比如要将其现阶段可实现的数据采集、电流保护和电网自愈功能进行转化,用以构建更加自动化、集成化的电网结构。同时,根据电网扩展需求进行创新设计,使得回路控制器、信息采集器、电力监控模块等组成的PLC主控模块,更好实现模拟信号的收集、调动和输出。

参考文献:
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