中低压配电网自动化及PLC的实现方案

魏雪莲

摘 要：随着科学技术的发展，实现中低压配电网的自动化已成为电力系统发展的趋势。中低压配电网作为输配电系统的最后一个环节，其实现自动化的程度与供用电的质量和可靠性密切相关。为此，本文特对中低压配电网自动化的必要性及其实现方案作简单的讨论。

关键词：中低压自动化；PLC实现方案；PTU功能；

中图分类号：T M 7 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-02-00-02

一、中低压配电网自动化建设的意义

对于这个问题，我们可以从提高供电质量及其可靠性、提高电网管理水平、提高电力企业经济效益等角度进行解释。

（一）提高供电质量及其可靠性。我们已经知道，中低压配电网自动化实现程度的高低直接决定着其所提供电的质量与可靠性。所以，为了提高供电的质量及其可靠性，首先就必须提高中低压配电网的自动化实现程度，尽量减少其在工作运行过程中的故障发生次数，同时还必须为事故的诊断和解决提供有效的数据支持。

（二）提高电网管理水平。中低压配电网自动化的实现，不仅能够对电力系统的运行情况进行全程监测，而且还能及时发现问题，为事故的发现与解决提供有效保障。这对电网管理水平来说，是一个极大的提高。

（三）提高电力企业经济效益。中低压配电网实现自动化之后，可以有效减少操作人员的数量和对其进行的很多维护措施，这对电力企业来说可以减少不少的开支，从而提高其自身的经济效益。

二、实现中低压配电网自动化的必要性

（一）实现中低压配电网自动化是提高人们生活质量、发展国民经济的要求。在现代社会中，供电质量的好坏，不仅反映一个国家或地区人们的生活质量、水平和投资环境的好坏，更是影响经济发展的重要因素，它决定着工业发展的方向、规模。实际上，信息时代的到来，要求不间断供电的计算机设备越来越多，给供电提出了更高的要求。停电或限电会导致减产，而忽然的停电则会危害工厂的重要设备。只有实现中低压配电网的自动化，才可能最大限度地提高供电质量，满足人们日常生活工作与生产的需要。

（二）实现中低压配电网自动化是电力企业自身发展的需要。首先实现中低压配电网自动化，可提高供电的质量和可靠性，减少故障次数，缩小事故范围，缩短事故时间，为恢复供电、快速分析、诊断、报告事故原因提供有效的依据。其次，实现中低压配电网自动化，可以提高整个电力系统的经济效益，减轻维护人员的劳动强度；减少操作人员；增强电力系统的免维护性；有利于提高设备的安全和健康水平，延长使用寿命。最后，实现中低压配电网自动化，可以提高整个电网的管理水平。主要包括：为电力系统计算机管理自动、准确、及时地提供更为详尽、丰富的数据和任何用户的计划停电、供电；可以方便、直观地监控全局内各个用户的用电、供电情况并实现总体控制。

（三）中低压配电网是我国配电网自动化的薄弱环节。配电网自动化建设，在我国尽管起步较晚，但也已经进行了近20年的研究和实践，已取得初步成效。但是研究与实践成果大多数都是在高压配电网（35kV以上）层次上进行的，而在中低压配电网（配电房这一层次）的自动化问题上，既没有总体的规划，也没有一个统一的技术原则。不仅如此，目前的纵向监控一般只限于变电站的出线以前，对于从变电站馈线到终端用户等属于用电管理范畴的监控，除少数大用户的负荷控制外，尚无其他监控手段。

三、中低压配电网自动化方案

（一）电力系统自动化现有方案的比较。中低压配电网（主要指开关站、开关房、开闭所）的自动化和变电站的自动化具有一定的相似性。因此，分析一下变电站自动化的实现方法，对于正确确定中低压配电网自动化方案具有重要意义。

变电站自动化系统由5个部分组成：主站、远方终端单元（remoteterminalunits，RTU）、线路传感器、远方控制SF6或真空开关、通信电缆。其中，RTU装置位于变电站现场，可以自动采集各种开关状态量（遥信）、模拟量（遥测），并经专用通道传递到监控中心的主站系统；有的RTU还可以按监控人员的意图和指令执行特定的遥控操作，并将操作结果返送监控中心主站系统。

从变电站RTU可以实现的功能来看，变电站的自动化包括3个方面的内容：遥信、遥测、遥控。除此之外，有的系统还可以根据遥测的结果实现电能量总加功能。与此相应，变电站自动化系统可以分为两类：一类只实现了遥信、遥测的功能，即传统的SCADA系统；而最新的SCADA系统则属于另外一类，它应该可以实现所有“三遥”功能。这两类系统对应着电力系统自动化的不同阶段和水平。

（二）中低压配网自动化的应用特点。中低压配网自动化系统由主站、远方终端单元（RTU）、线路传感器、远方控制SF6或真空开关、通信电缆等五个部分组成。中低压配电网自动化的应用有自己不同的特点：

1、传统的变电站RTU在功能上偏重遥信、遥测，但中低壓配电网的自动化对象（开关房、开闭所和配电房）数目繁多，开关操作频繁，更注重遥信、遥控功能。2、中低压配电网的自动化对象遍布城市、农村等各种不同环境，被不同层次的用电管理人员（包括农村电工）所操作。更要求其具有安装灵活、易操作、免专业维护、抗恶劣环境等特点。3、应用于中低压配电网的RTU，在功能上应具有模块化结构，在硬件上要越简单、越可靠越好。最好是同一套简单硬件，只要简单进行一下设置，就可以满足不同场合、不同规模的要求。

（三）中低压配电网自动化RTU的PLC实现。用PLC来实现中低压配电网自动化的RTU功能，能够很好地满足RTU的特有的要求。在国内市场，有来自许多著名厂家的PLC产品。这些产品从简单到复杂，都自成系列，可以满足不同应用的特殊要求。大多数中低档次的PLC产品，都包含有离散点输入和输出（点数的多少可以依据应用情况增减）、模拟采样输入、时钟、通信等功能。利用这类PLC的现成功能，可以方便地实现中低压配电网自动化的RTU功能。使用PLC的离散输入点来实现遥信、用PLC的离散输出点来实现遥控、用PLC的模拟采样输入来实现遥测、用PLC的通信功能来实现和主机的通信。完成这些功能，都无需额外的硬件，只需根据开关房的实际情况，对PLC进行简单编程即可。不仅如此，利用PLC的模拟输出功能，甚至还可以实现配电网的遥调。

四、RTU功能的PLC实现

RTU功能的PLC实现包括硬件实现和软件实现两个方面。

（一）硬件实现方面。在硬件方面，主要存在PLC的电源如何提供，PLC如何实现长距离的通信，遥控、遥信、遥测、遥调如何具体实现等问题。由于PLC都有配套的专用电源模块，因此在设计RTU时，主要应考虑电网断电后PLC的供电问题，通常以配置充电电池的方式解决。一般PLC的通信模块只具有短距离的通信能力，虽然有些公司为PLC提供配套的组网模块，但通信距离也限制在若干千米以内。而配电网的特点是点多、面广，因此，必须借助其他方式以延长PLC的通信距离。

对于遥控，当PLC收到开关指令时，输出点到内部电源的通路被接通或关断，如果直接用输出点的输出电流去操作开关设备，则功率根本不够。因此，可把PLC的输出点作为一个小功率继电器的激磁电源，以控制该继电器的常开或常闭触点的开合，再由该继电器去控制配电网的配电开关的操作电源，使配电开关动作，线路或配电设备被投切。

对于遥信，则是将被测开关的辅助触点两端引线接到PLC的输入点和地，当配电开关动作时，辅助触点相应开闭，PLC的相应输入点与地之间被断开或短接，从而在PLC内部获得一个高电平或低电平。

对于遥测，经互感器出来的信号，必须落在PLC的A/D转换模块的测量范围之内，才能接入到相应模块的输入端。此外，在选择PLC的A/D模块时，还要考虑采样周期问题。周期太长，将无法获得精确数值。PLC可以实现遥调功能，但因电网中应用很少，这里不予详述。

（二）软件实现方面。在PLC软件方面，由于PLC以循环扫描和中断两种方式来执行程序，因此，为了完成所有RTU功能，PLC软件应包括：循环扫描执行的主程序；通信程序（接收和发送报文）；收到报文分析程序；上发报文产生程序；输入点电平中断扫描程序；操作执行程序（遥控、遥信、遥测等）。

所谓PLC也即可编程序控制器的英文首字母缩写，这一技术经过几十年的发展，已经达到相对成熟的地步，目前在很多工业领域均有广泛应用。以PLC为基础，从而实现中低压配电网自动化的RTU方案，基本可以满足中低压配电网自动化的特殊要求。这一实现方案具有以下特点和优势：首先，其硬件结构比较简单，维护起来也相对容易；然后，其可靠性比较高，在恶劣环境下也可保持良好的性能；最后，其使用费用相对低廉。不过，在进行PLC方案的设计时，需要特别注意操作点数的获取、通信方案的确定、PLC的选型等。

從整体上来看，中低压配电网自动化RTU的PLC实现方案主要包括硬件实现和软件实现两个方面。首先，硬件实现方面。硬件方面比较常见的问题有PLC电源的提供方式、PLC长距离通信的实现途径等。鉴于PLC一般都有专用的电源模块，所以在设计RTU时，要将其配置成充电式的电池；其次，软件实现方面。PLC软件要以中断和循环扫描两种方式来执行程序，为了更好地完成RTU的全部功能，PLC软件还必须包括循环扫描执行主程序、通信程序、收到报文分析程序、操作执行程序以及输入点电平中断扫描程序等一系列程序。有不少实践已经证明，如果采取恰当合理的软件实现程序，在中低压配电网自动化实现的过程中出现的一些问题均可以得到比较圆满的解决，由此可见PLC软件程序的极端重要性。

五、结语

中低压配电网自动化实现程度的高低随着现代科技的发展以及经济社会发展水平的提高，已经引起越来越多人的重视和关注。鉴于其对人民生活质量的提高、国民经济的发展水平、企业自身发展以及配电网自动化水平提高的重要影响，我们必须采取有效措施，更好的实现其自动化水平。

参考文献：

[1]刘玉涛，朱振宝.中低压配电网自动化及其PLC实现方案[J].科技信息，2009（10）.

[2]王清收.中低压配电网自动化及PLC的实现方案[J].大陆桥视野，2013（2）.

[3]孙全军.略谈中低压配电网自动化及PLC实现方案[J].大陆桥视野，2011（20）.