CN103825271A - 一种智能电网的plc程序控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电网负荷控制技术，提供了一种智能电网的PLC程序控制方法，包括以下步骤：步骤1、监视降压站内的每条总进线，以采集每条总进线中各负荷回路的实时功率；步骤2、根据所述各负荷回路的实时功率计算出每条总进线的累积功率和，或预测未来某一时间段的预测需量，并把所述累积功率和或预测需量与设定的最大需量进行比较；步骤3、当有总进线的功率和或未来某一时间段的预测需量大于设定的最大需量时，切除/闭锁相应回路的负荷。所述的PLC程序控制方法能在负荷超出最大设定值时自动对相应的负荷进行切除或闭锁，以此来达到线路的实际需量不超过设定的最大需要量，从而达到降低生产成本的要求。

Description

一种智能电网的PLC程序控制方法

技术领域

本发明涉及电网负荷控制技术，尤其涉及一种智能电网的PLC程序控制方法。

背景技术

智能电网的PLC系统主要负责对各回路的当前需量的实时监测和数据的采集，并实时的计算出与最大需量之间的裕度，显示在画面上供值班人员查看，同时，还需要根据现有数据进行需量预测，一旦预测需量超过最大需量的预警值（可根据需要设定多级限值）时，PLC能发出报警指令并送往能源中心、生产总调度室、与负荷控制相关的分厂级调度室内后台系统，经过后台系统转换成比较直观的声音报警及弹出报警事件，提醒调度人员进行负荷操作。

如何使PLC程序的控制系统能在电网超出预设值时及时准确地进行操作控制，使得超负荷问题能及时解决，是值得研究的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种智能电网的PLC程序控制方法，旨在解决在电网中出现超出负荷值时能对相应负荷回路进行切除或闭锁操作。

本发明是这样实现的，一种智能电网的PLC程序控制方法，包括以下步骤：

步骤1、监视降压站内的每条总进线，以采集每条总进线中各负荷回路的实时功率；

步骤2、根据所述各负荷回路的实时功率计算出每条总进线的累积功率和，或预测未来某一时间段的预测需量，并把所述累积功率和或预测需量与设定的最大需量进行比较；

步骤3、当有总进线的功率和或未来某一时间段的预测需量大于设定的最大需量时，切除/闭锁相应回路的负荷。

进一步地，所述步骤3后还包括步骤4：发出需要进行一级负荷工艺调整的报警提醒。

进一步地，所述步骤1前还包括以下步骤：检测每条总进线下的各个负荷回路的切除标志位是否为可切除标志，只有负荷回路的切除标志位为可切除标志时才能进行切除操作。

进一步地，所述步骤2中，预测未来某一时间段的预测需量的方法为：当检测到某一时刻t的电度值超过设定值时，将其与前一时刻的电度值进行比较，计算出电度值在两个时刻之间变化的斜率K，根据所述斜率K计算出未来某一时间段的电度值，并进一步与该时间段的时长求得该时间段的功率值。

进一步地，所述步骤3中，在进行负荷切除/闭锁时，先切除/闭锁对实际生产的情况影响不高的等级的负荷回路。

进一步地，所述步骤3中，进行切除/闭锁时，先切除/闭锁本总进线内的负荷回路，只有在本总进线内的负荷回路都被切除/闭锁后，才对其它总进线的负荷回路进行切除/闭锁操作。

进一步地，所述步骤3中具体包括如下步骤中的任一步骤，

步骤301：当检测到一个一分钟内的功率值超预测需量时，开始预测未来某一时间段的功率值，并通过实时可切除负荷的百分比与所述未来某一时间段的功率值判断是否启动快速切除操作；进行一次切除负荷回路后，每间隔一固定时间段重复上述的判断动作，决定是否需要启动下一次快速切除操作，以此方式直至切除全部可切除的负荷回路；

步骤302：当检测到一个一分钟内的功率值超预测需量时，开始预测未来某一时间段的功率值，当未来某一时间段的功率值接近预测需量时，启动快速切除操作，一次性完成负荷回路的切除；

步骤303：当检测到一个一分钟内的功率值超预测需量时，开始预测未来某一时间段的功率值，并通过实时可切负荷的百分比与所述未来某一时间段的功率值判断是否启动快速切除操作；进行一次切除负荷回路后，当再出现未来某一时间段的功率值接近预测需量时，启动快速切除操作，完成负荷回路的切除。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：通过采用PLC程序对电网进行控制，在检测到存在总进线的功率和超出预测需量时，自动对相应负荷回路进行切除或闭锁操作，以此来达到线路的实际需量不超过设定的最大需要量，从而达到降低生产成本的要求。

附图说明

图1是本发明智能电网的PLC程序控制方法提供的流程图；

图2是本发明智能电网的PLC程序控制方法的逻辑框图；

图3是预测未来某一时间段功率值的方法示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

结合图1、图2所示，为本发明一较佳的实施例，一种智能电网的PLC程序控制方法，包括以下步骤：步骤1、监视降压站内的每条总进线，以采集每条总进线中各负荷回路的实时功率；步骤2、根据所述各负荷回路的实时功率计算出每条总进线的累积功率和，或预测未来某一时间段的预测需量，并把所述累积功率和或预测需量与设定的最大需量进行比较；步骤3、当有总进线的功率和大于预测需量时，切除/闭锁相应回路的负荷。

在智能电网中，PLC程序以拓扑图进行组网，各个总进线挂接在1000M的双以太网环网上面，相互之间可以通过各自控制站上的Ethernet/IP模块来实现数据的交换功能，以达到资源共享的目的。每个负荷控制总站下面根据现场工艺的情况分成若干个子站，子站直接参与到负荷回路的控制。各子站与其本身的负荷控制总站之间也是通过1000M的以太网环网连接，并利用其本身的以太网接口来实现与负荷控制总站之间的数据交换。

所述PLC程序控制方法采用模块化的方式进行控制，把每一总进线创建一个单元模块。PLC程序在进行控制时可以采用的控制方式分为手动和自动两种，并设置一个手/自动切换按钮开关，同时设置两个开关按钮，三个开关的级别相同，一个按钮为屏蔽手动方式下当需量超标时禁止切负荷指令产生；另外一个当需量超标时禁止闭锁启动负荷回路指令产生。选择人工方式操作时，系统会根据预测需量提供报警，提示操作人员进行相应的负荷控制措施，通过人工切除部分二三级负荷，或者控制一级负荷。当选择自动方式操作时，系统预测需量超标，将会驱动各站内的控制PLC，实现对即将尚未启动的二三级负荷进行闭锁，同时根据实时需量（即各负荷回路的累积功率和）大小进行二三级投运负荷的切除，如果二三级负荷的控制不能解决预测需量超标问题时，可通过报警方式提醒操作人员，需要进行一级负荷的工艺调整工作，由调度根据生产情况进行工艺调整。

当某个供电区域内的发电机出现跳机时，PLC程序控制系统能够根据预测的最大需量要求，根据电网的网络拓扑结构，有选择的进行负荷切除，从而实现最大需量定值的精确控制，达到节能降费目的。

所述步骤1前还包括以下步骤：在各负荷回路中设置是否可进行切除操作的切除标志位，各负荷回路的切除标志位根据实现需要可以通过上位机进行参数的修改，即可切除和不可切除之间可进行变化，在切除前需要判断该负荷回路的切除标志位是否为可切除标志，负荷回路的切除标志位为可切除标志时才能进行切除操作，负荷回路的切除标志位为不可切除标志时不能进行切除操作。PLC采集关口的实时电度值作为计算功率的基准值，一分钟的电度值可以通过两个时间间隔为60s的值求得。

在所述步骤3中，进行切除/闭锁前，需要将各个负荷回路根据影响实际生产的情况进行高低等级划分，在进行负荷切除/闭锁时，先切除/闭锁对实际生产的情况影响不高的等级的负荷回路。在进行切除/闭锁时，先切除/闭锁本总进线内的负荷回路，只有在本总进线内的负荷回路都被切除/闭锁后，才对其它总进线的负荷回路进行切除/闭锁操作。无论何时都是首先考虑将低级别的负荷切除掉。比如，进行分级时可以分为四个级别，分别为0、1、2和3，其中0级表示该负荷只监视不考虑控制，主要为发电机；1级负荷表示与生产工艺相关，有闭锁要求，其动作必须和工艺相结合；2级负荷为大型电机负荷；3级为次要负荷，不影响实际的生产。在PLC程序中，可以专门为每路负荷设备开辟一个存储寄存器，用来存放其本身的级别。该值可接收监控后台的修改，操作人员可以根据不同的工艺需求更改其值。

考虑到电网内的母线并列时需量控制较难操作，可通过以下两种方式进行需量的预测。

A、提供压负荷预测功能

在母线并列操作前，需人工在后台画面调出负荷预测仿真界面，按照实际母线并列操作进行模拟，后台将按照并列操作后的系统计算进线的需量。如该需量值大于或等于标准值则必须压负荷至低于标准值时方可进行并列操作。

操作前，必须在压负荷操作后至少15分钟，再次核实需量是否低于标准值。为了防止误操作，在该操作过程中，监控画面将弹出一个窗口画面并提示“十五分钟内不能进行母线并列操作”，同时设定时间倒计时。

Ｂ、模拟后的需量计算公式

将需要并列的两条进线的负荷需量叠加起来，并预测出是否超某条进线的设定值或超多少值。

由于智能电网内各个总降压内都有多条总进线，并且各级母线都采用单母线分段或多母线分段的运行方式，因此，各子站区域内的终端设备可能有多种方式属于某一条进线，但是在同一时刻它只能唯一属于一条进线多带的负荷。因此首先我们需要按照各个总降压内每路负荷回路的网络拓扑图，先推导出该路负荷可能会属于那一条进线，同一路负荷可能有多种方式的路径数据同一条进线，但是在同一时间内一定是唯一一条路径成立的。根据每个总降压进线的条数N，我们给每个负荷设备分配N个存储标志位的区域。若对应存储区内的标志位为1，则表明此时该负荷回路属于其对应的进线。

按照一条进线创建一个独立的程序块，先通过判断该进线下的标志位存储区内的值来判断负荷回路是否属于该进线，然后计算该条进线下所有标志位为1的负荷回路的实时需量总和，并与设定的值来进行比较，决定该线路上需量是否超过设定值，然后根据事先设定好的负荷等级分类来实现负荷回路的闭锁和切除。

按照上述的方法，将需要监视和控制的回路可能属于那条进线的网络拓扑逻辑全部统计出来，然后再根据进线的条数N，给每个负荷回路分配N个线路标志位存储区域，对同一个负荷回路在同一时间内，N个线路标志位存储区只有一个为“1”，其他的为“0”，“1”表示属于该线路，“0”表示不属于该线路。

考虑到有些总降压站的进线存在T接点问题，并且其对外只有一个最大需量计算点，因此我们需要将其综合起来考虑。针对这种情况，将存在T接点的进线放在一个总降压主控PLC中进行最大的需量的计算、预测以及闭锁、切除指令的生成。然后再将属于另外一个总降压的负荷回路指令传输给另外一个总降压主控PLC。此时属于另外一个总降压下的切除负荷需要通过其本身的总降压主控PLC来下发。针对负荷的切除顺序时，遵循和二降压负控系统相同的原则：先切除进行需量计算和预测主控ＰＬＣ所属的那个总降压区域内的负荷，在考虑该T节点中另外一个总降区域内的负荷。

所述步骤3中具体包括如下步骤中的任意一个步骤：

步骤301：按分多级的方案进行切除，此种方式能够做到负荷的平衡切除。当检测到一个一分钟内的功率值超预测需量时，开始预测未来某一时间段的功率值，比如，未来某一时间段的值为X分钟，X的值可通过上位机根据生产情况进行调整，并通过实时可切除负荷的百分比与所述未来某一时间段的功率值判断是否启动快速切除操作。进行一次切除负荷回路后，每间隔一固定时间段重复上述的判断动作，决定是否需要启动下一次快速切除操作，以此方式进行循环，直至切除全部可切除的负荷回路，并产生画面声音报警，以提示人工介入。所述的间隔一固定时间段可以设置为2分钟。该方案容易实现小负荷的切除，在负荷没有剧烈变动的情况下，对系统的影响小。但由于每次切除的负荷比较小，并且间隔两分钟，当出现高负荷运行基础下再出现负荷突增情况时，容易发生切除负荷不足导致需量超标。

步骤302：一次性切除所有可切除的负荷。当检测到一个一分钟内的功率值超预测需量时，开始预测未来某一时间段的功率值，当未来某一时间段的功率值接近预测需量时，启动快速切除操作，一次性完成负荷回路的切除。所述未来某一时间段可以设定为X分钟，X值可通过上位机根据生产进行调整。该方案适用于可切负荷较少的情况，确保需量不超标的把握大，切除负荷启动的次数最少。可以躲过严重负荷突增的情况。但切除负荷最大，可能会对生产产生不利的影响。

步骤303：结合上述的两种方案，最多进行两次切除。当检测到一个一分钟内的功率值超预测需量时，开始预测未来某一时间段的功率值，并通过实时可切负荷的百分比与所述未来某一时间段的功率值判断是否启动快速切除操作；进行一次切除负荷回路后，当再出现未来某一时间段的功率值接近预测需量时，启动快速切除操作，完成负荷回路的切除。所述未来某一时间段可以设定为X分钟，X值可通过上位机根据生产进行调整。该方案为介于上述两种方案之间的平衡方案。

预测未来某一时间段的功率值的方法为：当检测到某一时刻t的电度值超过设定值时，将其与前一分钟的电度值进行比较，计算出斜率K，根据所述斜率K计算出未来某一时间段的功率值，所述功率由电度值与相对应的时间求得出。

具体地，切除负荷的启动条件如下：

ⅰ、引入门槛启动值，该值可通过人机界面设定，当实时传输到PLC中的一分钟需量值低于该门槛值时，不进行启动负荷切除的判断，当高于门槛值时，则立即启动负荷切除的判断程序。

ⅱ、负荷切除判断程序

如图3所示，当在t时刻检测到一个一分钟电度值超过设定值时，此时马上将其与前一分钟的值做比较，计算斜率K，K可以通过人工设置上限值，以该斜率K为依据计算出未来t+1和t+2时刻的值，以t时刻为基点预测出包含t、t+1、t+2这三个时刻点的最近的10个电度值，可以预测从t-12到t-3之间的10个电度值，主要为：

第一个预测值t-3、t-2、t-1、t、t+1、t+2六个时刻值之和，当该值超出设定值A*X%时，A为设定值与时间的乘积，时间为6分钟，X为一百分比值，启动负荷快切，切除B*Y%，B为实际可切负荷实时值，Y为一百分比值，此处的X和Y值都可以通过上位机画面进行调整，也可以通过程序计算得到，计算时需要考虑剩余时间、负荷超出量等因素的影响。

以此类推：

第10个预测值为从t-12到t+2时刻的15个值之和，当该值超出设定值A*X%时，A为设定值与时间的乘积，时间为15分钟，X为一百分比值，启动负荷快切，切除B*Y%，B为实际可切负荷实时值，Y为一百分比值，此处的X和Y值都可以通过上位机画面进行调整，也可以通过程序计算得到，计算时需要考虑剩余时间、负荷超出量等因素的影响。

程序计算切除负荷量计算公式为：t-12到t-3之间超设定值时，切除负荷公式C-D-Et，其中，C为t-12/t-3到t+2的值之和，Ｄ为标准值，Et为判据值(可设定值，对应每个时刻的设定值0～10)。PLC程序控制系统是时刻计算并判断上述10种条件，只要任何一种满足条件则启动对应的快速切除操作，当出现多个判断依据都满足条件时，以时间最晚的一个为切除标准。PLC系统是时刻计算判断上述10种条件，只要任何一种满足则启动对应的快切，当出现多个中判据都满足条件是，以时间最晚的一个为切除标准。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种智能电网的PLC程序控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、监视降压站内的每条总进线，以采集每条总进线中各负荷回路的实时功率；

步骤2、根据所述各负荷回路的实时功率计算出每条总进线的累积功率和，或预测未来某一时间段的预测需量，并把所述累积功率和或预测需量与设定的最大需量进行比较；

步骤3、当有总进线的功率和或未来某一时间段的预测需量大于设定的最大需量时，切除/闭锁相应回路的负荷。

2.根据权利要求1所述的智能电网的PLC程序控制方法，其特征在于，所述步骤3后还包括步骤4：发出需要进行一级负荷工艺调整的报警提醒。

3.根据权利要求1所述的智能电网的PLC程序控制方法，其特征在于，所述步骤1前还包括以下步骤：检测每条总进线下的各个负荷回路的切除标志位是否为可切除标志，负荷回路的切除标志位为可切除标志时才能进行切除操作。

4.根据权利要求1所述的智能电网的PLC程序控制方法，其特征在于，所述步骤2中，预测未来某一时间段的预测需量的方法为：当检测到某一时刻t的电度值超过设定值时，将其与前一时刻的电度值进行比较，计算出电度值在两个时刻之间变化的斜率K，根据所述斜率K计算出未来某一时间段的电度值，并进一步与该时间段的时长求得该时间段的功率值。

5.根据权利要求1所述的智能电网的PLC程序控制方法，其特征在于，所述步骤3中，在进行负荷切除/闭锁时，先切除/闭锁对实际生产的情况影响不高的等级的负荷回路。

6.根据权利要求1所述的智能电网的PLC程序控制方法，其特征在于，所述步骤3中，进行切除/闭锁时，先切除/闭锁本总进线内的负荷回路，只有在本总进线内的负荷回路都被切除/闭锁后，才对其它总进线的负荷回路进行切除/闭锁操作。

7.根据权利要求1所述的智能电网的PLC程序控制方法，其特征在于，所述步骤3中具体包括如下步骤中的任一步骤，

步骤301：当检测到一个一分钟内的功率值超预测需量时，开始预测未来某一时间段的功率值，并通过实时可切除负荷的百分比与所述未来某一时间段的功率值判断是否启动快速切除操作；进行一次切除负荷回路后，每间隔一固定时间段重复上述的判断动作，决定是否需要启动下一次快速切除操作，以此方式直至切除全部可切除的负荷回路；

步骤302：当检测到一个一分钟内的功率值超预测需量时，开始预测未来某一时间段的功率值，当未来某一时间段的功率值接近预测需量时，启动快速切除操作，一次性完成负荷回路的切除；

步骤303：当检测到一个一分钟内的功率值超预测需量时，开始预测未来某一时间段的功率值，并通过实时可切负荷的百分比与所述未来某一时间段的功率值判断是否启动快速切除操作；进行一次切除负荷回路后，当再出现未来某一时间段的功率值接近预测需量时，启动快速切除操作，完成负荷回路的切除。

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