1、中低壓配電網自動化及PLC實現設計中低壓配電網自動化及PLC實現設計中低壓配電網作為輸配電系統的最后一個環節，其實現自動化的程度與供用電的質量和可靠性密切相關。為此，本文特對中低壓配電網自動化的必要性及其實現方案作簡單的討論。1實現中低壓配電網自動化的必要性1.1實現中低壓配電網自動化是提高人們生活質量、發展國民經濟的要求在現代社會中，供電質量的好壞，不僅反映一個國家或地區人們的生活質量、水平和投資環境的好壞，更是影響經濟發展的重要因素中低壓配電網自動化及PLC實現設計中低壓配電網作為輸配電系統的最后一個環節，其實現自動化的程度與供用電的質量和可靠性密切相關。為此，本文特對中低壓配電網自動化的

2、必要性及其實現方案作簡單的討論。1 實現中低壓配電網自動化的必要性1.1 實現中低壓配電網自動化是提高人們生活質量、發展國民經濟的要求在現代社會中，供電質量的好壞，不僅反映一個國家或地區人們的生活質量、水平和投資環境的好壞，更是影響經濟發展的重要因素，它決定著工業發展的方向、規模。實際上，信息時代的到來，要求不間斷供電的計算機設備越來越多，給供電提出了更高的要求。停電或限電會導致減產，而忽然的停電則會危害工廠的重要設備。只有實現中低壓配電網的自動化，才可能最大限度地提高供電質量，滿足人們日常生活工作與生產的需要。1.2 實現中低壓配電網自動化是電力企業自身發展的需要實現中低壓配電網自動化，可提

3、高供電的質量和可靠性。實現中低壓配電網自動化，可減少故障次數，縮小事故范圍，縮短事故時間，為恢復供電、快速分析、診斷、報告事故原因提供有效的依據。實現中低壓配電網自動化，可以提高整個電力系統的經濟效益：減輕維護人員的勞動強度；減少操作人員；增強電力系統的免維護性；有利于提高設備的安全和健康水平，延長使用壽命。實現中低壓配電網自動化，可以提高整個電網的管理水平。主要包括：為電力系統計算機管理自動、準確、及時地提供更為詳盡、豐富的數據和信地方、任何用戶的計劃停電、供電；可以方便、直觀地監控全局內各個用戶的用電、供電情況，實現總體控制。1.3 中低壓配電網是我國配電網自動化的薄弱環節配電網自動化建設

4、，在我國盡管起步較晚，但也已經進行了近20年的研究和實踐，取得初步成效。但是研究與實踐成果大多數都是在高壓配電網（35 k V以上）層次上進行的，而在中低壓配電網（配電房這一層次）的自動化問題上，還是一片空白，既沒有總體的規劃，也沒有一個統一的技術原則。不僅如此，目前的縱向監控一般只限于變電站的出線以前，對于從變電站饋線到終端用戶等屬于用電管理范疇的監控，除少數大用戶的負荷控制外，尚無其它監控手段。2 中低壓配電網自動化方案2.1 電力系統自動化現有方案的比較中低壓配電網（主要指開關站、開關房、開閉所）的自動化和變電站的自動化具有一定的相似性。因此，分析一下變電站自動化的實現方法，對于正確確定

5、中低壓配電網自動化方案具有重要意義。變電站自動化系統由5個部分組成：主站、遠方終端單元（re mote terminal units，RTU）、線路傳感器、遠方控制SF6或真空開關、通信電纜。其中，RTU裝置位于變電站現場，可以自動采集各種開關狀態量（遙信）、模擬量（遙測），并經專用通道傳遞到監控中心的主站系統；有的RTU還可以按監控人員的意圖和指令執行特定的遙控操作，并將操作結果返送監控中心主站系統。從變電站RTU可以實現的功能來看，變電站的自動化包括3個方面的內容：遙信、遙測、遙控。除此之外，有的系統還可以根據遙測的結果實現電能量總加功能。與此相應，變電站自動化系統可以分為兩類：一類只實現

6、了遙信、遙測的功能，即傳統的SCADA系統；而最新的SCADA 系統則屬于另外一類，它應該可以實現所有“三遙”功能。這兩類系統對應著電力系統自動化的不同階段和水平。從變電站RTU實現遙測的方法來看，RTU存在兩種實現方案：a）直流采樣方案這種類型的RTU裝置在采集模擬量之前，先利用變送器將交流轉化成直流，然后再使用RTUAD轉換元件將直流量表示成數字量。其裝置以模擬電路為主，輔以少量的數字電路。其特點在于需要變換器，無需高級的數字處理單元（CPU等），難以反映模擬量的瞬時變化，無法進行諧波分析，電能量總加功能的實現比較復雜困難。b）交流采樣方案這種類型的RTU裝置直接使用AD轉換元件對交流電量

7、進行采集計算，無需變送器之類的轉換設備，但需要快速的數字處理單元進行配合，以對采集到的數據進行分析、綜合。它不僅可以反映電量的瞬時變化，而且可以進行諧波分析，計算頻率，簡單地實現電能量總加功能。它們多使用微型計算機（如8 X86等）配合多個單片機（如8051、8098等）、并加上大量的AD轉換電路，來實現開關量、模擬量的采集。當前在數字技術得到充分發展和應用的情況下，交流采樣方案是配網自動化的一個合理選擇。它以數字電路為主，輔以少量的模擬電路，功能強大，擴充容易，可靠性較直流采樣方案有較大提高，綜合成本低。2.2 中低壓配網自動化的應用特點中低壓配網自動化系統由主站、遠方終端單元（RTU）、線

8、路傳感器、遠方控制SF6 或真空開關、通信電纜等五個部分組成。中低壓配電網自動化的應用有自己不同的特點：a）傳統的變電站RTU在功能上偏重遙信、遙測，但中低壓配電網的自動化對象（開關房、開閉所和配電房）數目繁多，開關操作頻繁，更注重遙信、遙控功能。b）中低壓配電網的自動化對象遍布城市、農村等各種不同環境，被不同層次的用電管理人員（包括農村電工）所操作。更要求其具有安裝靈活、易操作、免專業維護、抗惡劣環境等特點。c）應用于中低壓配電網的RTU，在功能上應具有模塊化結構，在硬件上要越簡單、越可靠越好。最好是同一套簡單硬件，只要簡單進行一下設置，就可以滿足不同場合、不同規模的要求。由此可見，有必要開

9、發新型的、不同于傳統結構的RTU，以適合中低壓配電網自動化的特點和需要。2.3 中低壓配電網自動化RTU的PLC實現可編程序控制器（programmable logic controller，PLC）技術經過幾十年的發展，已經相當成熟。其品種齊全，功能繁多，已被廣泛應用于工業控制的各個領域。用PLC來實現中低壓配電網自動化的RTU功能，能夠很好地滿足RTU的特有的要求。在國內市場，有來自許多著名廠家的PLC產品。這些產品從簡單到復雜，都自成系列，可以滿足不同應用的特殊要求。大多數中低檔次的PLC產品，都包含有離散點輸入和輸出（點數的多少可以依據應用情況增減）、模擬采樣輸入、時鐘、通信等功能。利

10、用這類PLC的現成功能，可以方便地實現中低壓配電網自動化的 RTU功能。使用PLC的離散輸入點來實現遙信、用PLC的離散輸出點來實現遙控、用PLC的模擬采樣輸入來實現遙測、用PLC的通信功能來實現和主機的通信。完成這些功能，都無需額外的硬件，只需根據開關房的實際情況，對PLC進行簡單編程即可。不僅如此，利用PLC的模擬輸出功能，甚至還可以實現配電網的遙調。例如調節調壓變壓器的變比，調節靜止無功補償設備的電壓、電流相角等。這樣一種基于PLC的中低壓配電網自動化的RTU實現方案，完全可以滿足中低壓配網自動化的特殊要求。它具有以下特點和優勢：硬件結構簡單，完全免維護；規模可大可小，只需將 PLC的擴

11、展模塊連接在一起，就可以實現遙控點、遙信點、遙測點的增加；抗惡劣環境；高可靠性；編程實現各種功能，免硬件調試；費用低廉。PLC方案在具體設計時，包括以下幾個步驟：a）獲取操作點數。了解配電網的基本情況及自動化的具體要求，確定系統需要進行遙控、遙信、遙測、甚至遙調的設備，統計各處配電房需要這4種信號的具體點數。b）確定通信方案。根據配電網的規模及分布情況，確定總體設計方案，主要是通信方案的設計和選擇。c）PLC選型。根據各處各種操作的點數以及所確定的通信方案，選擇恰當型號的PLC 來實現RTU功能。由于RTU需接受監控中心的指令，并上傳配電網、開關柜的信息，所以通信功能是選擇PLC的主要考慮因素

12、。由于各開關房、開關柜的操作類型、操作點數往往相差很大，因此，PLC是否具有模塊化結構和組態能力，是否能夠靈活、經濟地組成輸入點、輸出點、測量點（AD）、調節點（DA）的規模可變系統，是選擇PLC型號的另一個主要考慮因素。目前，很多廠家的產品，都可以滿足通信以及模塊化的要求。例如，SIEMENS的 S7214以上系列，三菱的A1S系列，松下的較高級別的PLC系列等。根據具體情況，在一個配網自動化工程中，整個配電網系統可以選用同一個廠家的PLC，也可以根據配電房的具體情況，選用不同廠家的PLC，以利用各廠家PLC的優勢和特色。3 RTU功能的PLC實現RTU功能的PLC實現包括硬件實現和軟件實現

13、兩個方面。3.1 硬件實現方面在硬件方面，主要存在PLC的電源如何提供，PLC如何實現長距離的通信，遙控、遙信、遙測、遙調如何具體實現等問題。由于PLC都有配套的專用電源模塊，因此在設計RTU時，主要應考慮電網斷電后PLC 的供電問題，通常以配置充電電池的方式解決。一般PLC的通信模塊只具有短距離的通信能力，雖然有些公司為PLC提供配套的組網模塊，但通信距離也限制在若干千米以內。而配電網的特點是點多、面廣，因此，必須借助其它方式以延長PLC的通信距離。方法很多，有電話調制解調器方案、專線調制解調器方案、無線方案、尋呼臺服務方案、光纖方案等。在同一個配電自動化工程中，可以根據具體情況，采用單一方

14、法，也可以采用多種方法組合。在RTU的四遙操作方面，由于PLC的電平以及功率容量同操作設備不可能正好一致，加上有電氣隔離的要求，因此，必須增加輔助的電位轉換、功率放大、電氣隔離等模塊和器件。對于遙控，當PLC收到開關指令時，輸出點到內部電源的通路被接通或關斷，如果直接用輸出點的輸出電流去操作開關設備，則功率根本不夠。因此，可把PLC的輸出點作為一個小功率繼電器的激磁電源，以控制該繼電器的常開或常閉觸點的開合，再由該繼電器去控制配電網的配電開關的操作電源，使配電開關動作，線路或配電設備被投切。對于遙信，則是將被測開關的輔助觸點兩端引線接到PLC的輸入點和地，當配電開關動作時，輔助觸點相應開閉，P

15、LC的相應輸入點與地之間被斷開或短接，從而在PLC內部獲得一個高電平或低電平。對于遙測，經互感器出來的信號，必須落在PLC的AD轉換模塊的測量范圍之內，才能接入到相應模塊的輸入端。此外，在選擇PLC的AD模塊時，還要考慮采樣周期問題。周期太長，將無法獲得精確數值。PLC可以實現遙調功能，但因電網中應用很少，這里不予詳述。3.2 軟件實現方面在PLC軟件方面，由于PLC以循環掃描和中斷兩種方式來執行程序，因此為了完成所有RTU功能，PLC軟件應包括：循環掃描執行的主程序；通信程序（接收和發送報文）；收到報文分析程序；上發報文產生程序；輸入點電平中斷掃描程序；操作執行程序（遙控、遙信、遙測等）。在上述程序模塊的編制中，應重點考慮以下問題：a）PLC的主CPU的速度是否足夠快？如何編制出執行時間短的程序？b）PLC和監控中心的通信要利用一套復雜的通信規約，PLC的程序容量能否容下所有程序？如何編制出短小精干的程序？c）PLC是通過循環掃描輸入點的內存映像以獲取輸入點