江銅（蘇州）超導科技有限公司 黃 凱

1 引言

隨著社會的發(fā)展和技術的進步，電力系統(tǒng)自動化逐漸成為電力行業(yè)發(fā)展的重要方向。電力系統(tǒng)自動化可以提高電力系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的智能化和自動化運行。通過電力系統(tǒng)自動化技術的應用，可以實現(xiàn)對電力系統(tǒng)的實時監(jiān)測和控制，減少人為干預的錯誤和風險，提高電力系統(tǒng)的運行效率和管理水平。PLC 作為一種數(shù)字化的電子設備，被廣泛應用于電力系統(tǒng)自動化控制中。通過PLC 控制器，可以實現(xiàn)電力系統(tǒng)的自動化運行，滿足不同應用場景的需求[1]。因此，PLC 和電力系統(tǒng)自動化技術在電力行業(yè)的發(fā)展和現(xiàn)代化建設中具有重要的作用和價值。

2 PLC 概述

2.1 PLC 的組成

PLC 是一個數(shù)字化電子設備，包括中央處理器、存儲器、輸入輸出接口、通信接口和電源。中央處理器負責控制PLC 系統(tǒng)運行；存儲器負責存儲程序和數(shù)據(jù)，包括RAM 和ROM。輸入輸出接口實現(xiàn)PLC 與外部設備通信，包括數(shù)字量輸入/輸出和模擬量輸入/輸出模塊。通信接口實現(xiàn)PLC 與其他設備間的通信，例如計算機、觸摸屏等。電源保證PLC 系統(tǒng)正常運行。PLC 還包括編程器和調(diào)試器等輔助工具，用于編寫PLC 程序、調(diào)試和監(jiān)測系統(tǒng)運行情況[2]。

2.2 PLC 設計原則

PLC 的設計原則如圖1所示。包括可靠性、可編程性、可擴展性、實時性、易維護性和安全性，可以滿足不同應用場景的需求，提高PLC 系統(tǒng)的性能和效率。

圖1 PLC 設計原則

2.3 PLC 的優(yōu)勢

PLC 的優(yōu)勢使其成為現(xiàn)代工業(yè)自動化領域的理想選擇，見表1。其強大的適應性、穩(wěn)定性、低能耗和高準確性有助于提高生產(chǎn)效率，降低成本，并保障生產(chǎn)過程的安全穩(wěn)定。

表1 PLC 的優(yōu)勢

3 電力自動化系統(tǒng)運行現(xiàn)狀

電力自動化系統(tǒng)運行現(xiàn)狀表現(xiàn)在：一是借助先進的信息技術、通信技術和控制技術，實現(xiàn)對電力生產(chǎn)、輸配電及用電環(huán)節(jié)的實時監(jiān)控、控制和優(yōu)化；二是采用集成化設計，提高子系統(tǒng)間的信息共享和協(xié)同能力；三是重視信息安全問題，采取措施和技術保護系統(tǒng)免受外部攻擊；四是在可持續(xù)能源利用方面發(fā)揮關鍵作用，推動可再生能源的并網(wǎng)和調(diào)度；五是通過實時監(jiān)控和預測電力系統(tǒng)運行狀況，提高服務質(zhì)量，降低故障率和縮短停電時間。然而，盡管取得了顯著進展，電力自動化系統(tǒng)仍面臨技術更新?lián)Q代、系統(tǒng)兼容性、設備投資成本等問題。隨著技術的不斷進步，電力自動化系統(tǒng)有望為電力行業(yè)帶來更高的生產(chǎn)效率、更穩(wěn)定可靠的供電服務[3]。

4 PLC 在電力這段話系統(tǒng)中的具體應用

4.1 在電力系統(tǒng)控制層中的應用

控制層隨著電力系統(tǒng)的快速發(fā)展在電力系統(tǒng)中扮演著重要的角色。傳統(tǒng)的控制方式無法滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)對實時性、準確性和可靠性的要求。因此，PLC 在電力系統(tǒng)控制層中的應用日益廣泛。PLC 作為一種專用的工業(yè)控制設備，具有可靠性高、實時性強和兼容性良好的特點。在電力系統(tǒng)控制層中，PLC 的應用有以下幾個方面[4]。

4.1.1 電力系統(tǒng)監(jiān)控與控制

PLC 能夠?qū)崟r采集電力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的運行數(shù)據(jù)，例如電壓、電流、功率、頻率等。通過對這些數(shù)據(jù)進行分析處理，PLC 可以對電力系統(tǒng)進行監(jiān)控和控制，確保系統(tǒng)穩(wěn)定、高效運行。此外，PLC 還可以實現(xiàn)遠程控制和監(jiān)測，使操作人員能夠隨時了解系統(tǒng)運行狀態(tài)并作出相應調(diào)整。

4.1.2 保護裝置控制

電力系統(tǒng)中的保護裝置是確保電力設備安全運行的關鍵。PLC 可以通過實時監(jiān)測各類保護裝置的狀態(tài)，對異常情況進行判斷和處理，實現(xiàn)對保護裝置的自動控制，可以減少人為因素對保護裝置的影響，提高電力系統(tǒng)的安全性。

4.1.3 負荷調(diào)度與優(yōu)化

在電力系統(tǒng)中，負荷調(diào)度是調(diào)整供電與負荷之間關系的重要手段。PLC 可以實時監(jiān)測系統(tǒng)負荷變化，根據(jù)預設策略進行負荷調(diào)度和優(yōu)化，使系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定和經(jīng)濟。此外，PLC 還可以結(jié)合其他先進技術如人工智能和大數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)更加精確的負荷預測和調(diào)度。

4.1.4 輸配電設備控制

PLC 在輸配電設備控制中的應用，例如變壓器、斷路器、隔離開關等，可以實現(xiàn)對這些設備的自動化和智能化控制。通過實時監(jiān)測設備狀態(tài)，PLC 可以對設備進行故障診斷和預警，提高設備運行的可靠性和穩(wěn)定性。

4.1.5 變電站自動化

在變電站中，PLC 可以與現(xiàn)場設備進行實時通信，實現(xiàn)對變電站的監(jiān)控、控制、保護等功能。同時，PLC 還可以實現(xiàn)變電站的遠程操作和維護。

4.2 在電力系統(tǒng)閉環(huán)控制中的應用

閉環(huán)控制是一種通過對系統(tǒng)輸出的實時監(jiān)測與反饋來實現(xiàn)對系統(tǒng)輸入的自動調(diào)整的控制方法。在電力系統(tǒng)中，閉環(huán)控制有助于實現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠和高效運行。PLC 作為一種高性能的控制設備，在電力系統(tǒng)閉環(huán)控制中具有廣泛的應用。

4.2.1 電壓閉環(huán)控制

在電力系統(tǒng)中，穩(wěn)定的電壓水平是保證系統(tǒng)正常運行的關鍵。PLC 可以實時采集系統(tǒng)電壓數(shù)據(jù)，通過與設定值進行比較，計算出電壓偏差。然后根據(jù)這些偏差值，PLC 自動調(diào)整系統(tǒng)中的調(diào)壓設備，例如變壓器、調(diào)壓器等，以保持電壓在合理范圍內(nèi)。

4.2.2 頻率閉環(huán)控制

電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性對系統(tǒng)的可靠性和安全性至關重要。PLC 可以實時監(jiān)測系統(tǒng)頻率，并與設定值進行比較。若發(fā)現(xiàn)頻率偏離正常范圍，PLC 會自動調(diào)整發(fā)電機組的有功功率輸出，實現(xiàn)對系統(tǒng)頻率的閉環(huán)控制。

4.2.3 有功與無功閉環(huán)控制

在電力系統(tǒng)中，有功和無功平衡對系統(tǒng)的穩(wěn)定運行具有重要意義。PLC 能夠?qū)崟r采集系統(tǒng)的有功和無功數(shù)據(jù)，并通過閉環(huán)控制策略對其進行平衡調(diào)整。這種調(diào)整可以通過調(diào)整發(fā)電機組的輸出功率、變壓器的調(diào)壓比例以及無功補償裝置等實現(xiàn)。

4.2.4 負荷頻率控制（LFC）

負荷頻率控制是一種通過調(diào)整發(fā)電機組輸出功率來保持系統(tǒng)頻率穩(wěn)定的閉環(huán)控制策略。PLC 可以實時獲取系統(tǒng)負荷和頻率數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)計算負荷偏差和頻率偏差。然后，PLC 自動調(diào)整發(fā)電機組的輸出功率，實現(xiàn)對系統(tǒng)頻率和負荷的閉環(huán)控制。

4.2.5 電網(wǎng)與微電網(wǎng)的協(xié)同控制

PLC 可以實現(xiàn)電網(wǎng)與微電網(wǎng)之間的實時數(shù)據(jù)交換和協(xié)同控制，通過閉環(huán)控制策略平衡兩者之間的供需關系，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。

4.3 在系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理中的應用

隨著電力系統(tǒng)日益復雜，對實時數(shù)據(jù)的處理和分析變得越來越重要。PLC 作為一種高性能的控制設備，具有較強的數(shù)據(jù)處理能力，在電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理中發(fā)揮著重要作用。

4.3.1 數(shù)據(jù)采集與預處理

在電力系統(tǒng)中，實時數(shù)據(jù)采集是數(shù)據(jù)處理的基礎。PLC 可以連接各類傳感器，實時采集系統(tǒng)中的電壓、電流、頻率、溫度等數(shù)據(jù)。同時，PLC 還可以對采集到的原始數(shù)據(jù)進行預處理，例如去噪、濾波、歸一化等，為后續(xù)數(shù)據(jù)處理提供準確、可靠的輸入。

4.3.2 數(shù)據(jù)分析與處理

PLC 具有較強的數(shù)據(jù)處理能力，可以對采集到的數(shù)據(jù)進行各種分析和處理。例如，PLC 可以實時計算系統(tǒng)的實時功率、無功、功率因數(shù)等參數(shù)；通過對歷史數(shù)據(jù)的分析，PLC 可以識別系統(tǒng)中的異常情況和潛在故障，為運維人員提供參考。

4.3.3 數(shù)據(jù)存儲與管理

PLC 內(nèi)部通常具有一定的數(shù)據(jù)存儲空間，可以將采集到的數(shù)據(jù)進行存儲和管理。此外，PLC 還可以與上位機或其他控制設備進行通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程存儲和備份，有助于系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)的長期保存和分析，為系統(tǒng)優(yōu)化和故障排查提供數(shù)據(jù)支持。

4.3.4 數(shù)據(jù)可視化與報警

PLC 可以將數(shù)據(jù)處理結(jié)果以可視化的形式展示給操作人員，例如實時曲線、報表等。同時，PLC 還具有報警功能，當系統(tǒng)參數(shù)超出預設閾值時，PLC 會自動觸發(fā)報警信號，提醒操作人員進行相應處理。

4.4 在順序控制中的應用

順序控制是一種按照預定的順序和邏輯執(zhí)行操作的控制方法。在電力系統(tǒng)中，許多設備和過程需要按照特定順序進行操作，確保系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。PLC 作為一種高性能的控制設備，在電力系統(tǒng)順序控制中具有廣泛的應用。

4.4.1 啟停順序控制

在電力系統(tǒng)中，許多設備都要按照特定的啟動和停止順序進行操作，例如發(fā)電機、泵、風機等，以避免對設備造成損害。PLC 可以根據(jù)預設的啟停順序和條件，自動控制設備的啟動和停止過程，確保設備安全可靠地運行。

4.4.2 變電站設備操作順序控制

變電站中的設備操作，例如斷路器、隔離開關等，需要按照特定的順序進行。PLC 則可以實現(xiàn)對這些設備的順序控制，避免操作失誤導致的設備損壞和事故發(fā)生。

4.4.3 保護裝置聯(lián)鎖控制

在電力系統(tǒng)中，保護裝置需要實現(xiàn)聯(lián)鎖控制，防止誤操作和設備損壞。PLC 可以通過編程實現(xiàn)復雜的保護裝置聯(lián)鎖邏輯，提高電力系統(tǒng)的安全性和可靠性。

4.4.4 自動切換順序控制

在電力系統(tǒng)中，自動切換是一種常見的應用場景，例如主備電源切換、負荷切換等。PLC 可以根據(jù)預設的切換條件和順序，實現(xiàn)自動切換的控制，有助于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，減少人為操作失誤帶來的風險。

4.4.5 故障診斷與處理順序控制

當電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，需要按照特定順序進行故障診斷和處理。PLC 可以實現(xiàn)對故障處理過程的順序控制，自動執(zhí)行故障隔離、恢復供電等操作，有助于縮短故障處理時間，提高系統(tǒng)的可靠性。

5 結(jié)語

通過對PLC 在電力系統(tǒng)各個環(huán)節(jié)的應用進行分析，可以發(fā)現(xiàn)PLC 不僅可以實現(xiàn)對電力設備的實時監(jiān)測和控制，還可以對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行高效處理和分析，為系統(tǒng)運行提供可靠的數(shù)據(jù)支持。隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和技術的進步，PLC 在電力自動化領域的應用將越來越廣泛。在提高系統(tǒng)運行穩(wěn)定性、可靠性和經(jīng)濟性方面具有重要意義，為實現(xiàn)電力系統(tǒng)的智能化、綠色化和高效化發(fā)展提供了有力支撐。