摘　要　以嵊泗直流輸電工程為例介紹了高壓直流輸電中采用可編程計算機(jī)控制器(PCC) 技術(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)相機(jī)自動控制的方法。首先簡述了直流輸電的優(yōu)點(diǎn)和工程概況；然后具體講述系統(tǒng)控制流程并給出相應(yīng)的流程圖；最后結(jié)合B&R 公司2005 系列產(chǎn)品介紹控制系統(tǒng)的特點(diǎn)、構(gòu)成、各模塊的配置,體現(xiàn)了系統(tǒng)在技術(shù)上具有一定的先進(jìn)性、開放性、通用性及可擴(kuò)展性。
　　關(guān)鍵詞　控制　調(diào)相機(jī)　直流輸電　可編程計算機(jī)控制器

　　1 　概述
　　直流輸電損耗小、線路走廊小、聯(lián)網(wǎng)靈活、運(yùn)行穩(wěn)定可靠,是當(dāng)今世界上先進(jìn)國家遠(yuǎn)距離輸電以及異頻網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)的重要輸電方式。它與交流輸電并存,互為補(bǔ)充,各揚(yáng)所長。運(yùn)用直流輸電可以提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、技術(shù)性能、運(yùn)行可靠性和調(diào)度靈活性。我國超長距離的輸電都將采用超高壓直流輸電或特高壓交流輸電。由于直流輸電具有線路造價低、線損少、能快速準(zhǔn)確調(diào)節(jié)功率、故障恢復(fù)快、故障過流小、線路不消耗無功等優(yōu)點(diǎn),已成為遠(yuǎn)距離、大功率輸電的重要方法
　　之一。
　　目前,國內(nèi)外采用直流輸電方式實(shí)現(xiàn)大功率輸電的已很多。嵊泗直流輸電工程是繼舟山工程之后,我國自行設(shè)計、制造和施工的第2個直流輸電工程項目。工程將在上海南匯蘆潮港和嵊泗島建2 個換流站,2個換流站之間的輸電距離為63.2km,其中架空線為3.5km,海底電纜為59.7km。直流送電方式為雙極,額定直流電壓為±50kV ,額定直流電流為600A ,額定輸送功率2 ×30MW。在嵊泗換流站有2 組調(diào)相機(jī)設(shè)備,每臺調(diào)相機(jī)30MVA。B&R 公司的可編程計算機(jī)控制器(PCC) 具有模塊化結(jié)構(gòu)、實(shí)時性好、多任務(wù)分時操作等特點(diǎn),比較適合調(diào)相機(jī)的控制。下面詳細(xì)介紹系統(tǒng)流程及原理。
　　2 　系統(tǒng)控制流程
　　系統(tǒng)包括調(diào)相機(jī),起動電機(jī),勵磁系統(tǒng),空氣冷卻、潤滑油系統(tǒng),循環(huán)水泵,交流油泵,直流油泵,頂軸油泵,排水泵等。下面介紹調(diào)相機(jī)啟停流程。調(diào)相機(jī)系統(tǒng)圖如圖1 所示。

　　圖1 　調(diào)相機(jī)系統(tǒng)圖

　　2. 1 　正常程序起動
　　調(diào)相機(jī)正常啟動采用PCC 程序控制。調(diào)相機(jī)開機(jī)流程如圖2 所示。

　　圖2 　調(diào)相機(jī)開機(jī)流程

　?、?啟動潤滑油泵、頂軸油泵,使?jié)櫥蛪哼_(dá)到額定值;啟動循環(huán)水泵,啟動頻敏變阻器風(fēng)機(jī);將交流油泵、直流油泵、循環(huán)水泵甲、循環(huán)水泵乙的程控開關(guān)打到程控位置；
　?、?在調(diào)相機(jī)啟動準(zhǔn)備就緒后,將1DL (調(diào)相機(jī)斷路器) 、MK(滅磁開關(guān)) 、2DL(啟動電機(jī)斷路器) 、3DL(勵磁變斷路器) 、G(頻敏電阻) 、1C(短接開關(guān)) 、2C(轉(zhuǎn)子同步化勵磁開關(guān)) 的控制選擇開關(guān)置于程控位置,程控開關(guān)DK置于啟動位置；
　?、?工作勵磁變3DL 合閘,合同步化勵磁電源開關(guān)ZK,頻敏電阻接入( G合閘) ,轉(zhuǎn)子短接開關(guān)退出(斷開1C) ；
　?、?合2DL ,調(diào)相機(jī)啟動電機(jī)起動,合整流柜風(fēng)機(jī)；
　?、?啟動電機(jī)達(dá)到亞同步轉(zhuǎn)速時,轉(zhuǎn)子短接開關(guān)短接,頻敏電阻退出(合上1C ,斷開G) ;
　?、?經(jīng)3min 延時,啟動電機(jī)達(dá)到異步額定轉(zhuǎn)速后,轉(zhuǎn)子同步化勵磁開關(guān)接入,轉(zhuǎn)子短接開關(guān)退出(先合2C ,后斷1C) ,同步勵磁裝置投勵,以1. 2 倍強(qiáng)勵電流勵磁,經(jīng)10s 延時,啟動電機(jī)達(dá)到同步轉(zhuǎn)速,這時同軸的調(diào)相機(jī)也達(dá)到同步轉(zhuǎn)速；
　?、?調(diào)相機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行后,合滅磁開關(guān)MK,調(diào)節(jié)勵磁使調(diào)相機(jī)電壓升到額定值,投入同期裝置,待同期鑒定后自動或手動合調(diào)相機(jī)開關(guān)1DL ,調(diào)相機(jī)并網(wǎng)后,將控制開關(guān)轉(zhuǎn)換到對應(yīng)位置；
　?、?斷開啟動電機(jī)開關(guān)2DL ,斷開同步化勵磁電源開關(guān)ZK,轉(zhuǎn)子短接開關(guān)短接, (合1C) ,并斷開轉(zhuǎn)子同步化勵磁開關(guān)(跳2C) ,手動停頻敏電阻柜風(fēng)機(jī)。拖動電機(jī)停機(jī)流程如圖3 所示。
　　2. 2 　正常停機(jī)
　　停機(jī)準(zhǔn)備就緒后,減調(diào)相機(jī)勵磁電流至空載額定勵磁電流,控制選擇開關(guān)置于程控位置,程控開關(guān)DK置于啟動位置;然后由后臺機(jī)或現(xiàn)場控制屏發(fā)出停機(jī)命令;跳開關(guān)1DL(調(diào)相機(jī)斷路器) ,跳滅磁開關(guān)MK,跳勵磁變開關(guān)3DL ,待調(diào)相機(jī)惰走結(jié)束(約45min) ,手動跳開油、水泵。調(diào)相機(jī)停機(jī)流程如圖4 所示。

　　圖3 　調(diào)相機(jī)停機(jī)流程

　　圖4 　拖動電機(jī)停機(jī)流程

　　2. 3 　調(diào)相機(jī)手動啟、停為就地操作
　　操作步驟同程控。
　　2. 4 　調(diào)相機(jī)的快速再起動
　　直流輸電系統(tǒng)故障使調(diào)相機(jī)與系統(tǒng)解列,當(dāng)系統(tǒng)恢復(fù)正常后若需快速再啟動調(diào)相機(jī),這時調(diào)相機(jī)還在惰走,啟動頻敏電阻柜風(fēng)機(jī),接入頻敏電阻后,合2DL開關(guān),啟動電機(jī)進(jìn)入異步運(yùn)行,隨后重復(fù)正常啟動的⑤, ⑥, ⑦, ⑧程序,使調(diào)相機(jī)再次并網(wǎng)。
　　3 　控制原理及特點(diǎn)
　　由于調(diào)相機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)及在直流輸電系統(tǒng)中的重要性,在系統(tǒng)設(shè)計時,經(jīng)過反復(fù)的研究討論和比較,決定采用B&R 公司PCC 實(shí)現(xiàn)調(diào)相機(jī)系統(tǒng)的監(jiān)控。
　　3. 1 　系統(tǒng)特點(diǎn)
　?、?高可靠性　系統(tǒng)特定的環(huán)境和條件要求自動化監(jiān)控系統(tǒng)有較高的可靠性。但從根本上講,系統(tǒng)的可靠性取決于系統(tǒng)各單元的可靠程度。要保證整個系統(tǒng)的可靠運(yùn)行,首先要求系統(tǒng)各單元的質(zhì)量得到保證。B&R 公司PCC 產(chǎn)品從各項指標(biāo)上完全可以達(dá)到系統(tǒng)的要求。
　?、?開放性和兼容性　支持多種標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場總線或網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,可以很方便地實(shí)現(xiàn)與其它產(chǎn)品的兼容性問題。除支持CANbus ,ETHERNET,PROFIbus 等標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)或現(xiàn)場總線外,還提供一個楨驅(qū)動器(frame driver) 工具,方便地解決串口通信問題。
　?、?多任務(wù)分時操作系統(tǒng)　可以將整個任務(wù)分成數(shù)個具有不同優(yōu)先權(quán)的任務(wù)等級(task class) 。其中,優(yōu)先權(quán)高的任務(wù)等級,有著較短的巡回掃描周期,而且每個任務(wù)等級可包括多個具體任務(wù),在這些任務(wù)中間可再細(xì)分其優(yōu)先權(quán)的高低。這樣一個操作系統(tǒng)中可以將比較重要的任務(wù)定義得任務(wù)等級高一些,如中斷任務(wù)等;而一些較一般的任務(wù),可以定義得任務(wù)等級低一些,如結(jié)果處理任務(wù)等。這樣整個控制系統(tǒng)便得到了優(yōu)化,具有較好的實(shí)時性。
　?、?編程語言高級化　梯形圖和指令表這兩種編程方式是比較常見和習(xí)慣的。梯形圖靠近電氣線路,比較直觀;指令表是由匯編語言演繹而來,比較靠近計算機(jī)硬件結(jié)構(gòu)。在高級語言技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成熟的今天,一個復(fù)雜的控制思想僅用梯形圖和指令表來表述實(shí)在是一件憾事,因?yàn)楦呒壵Z言(如C 語言,PASCAL ,FORTRAN 等) 畢竟可以很方便地描述一個復(fù)雜的思想。
　?、?較大的應(yīng)用程序存儲空間　較高的系統(tǒng)分析計算能力當(dāng)然要求有足夠的程序存儲空間。同時,足夠的程序存儲空間是系統(tǒng)具備較強(qiáng)數(shù)據(jù)塊處理能力的先決條件,也說明了其硬件系統(tǒng)的先進(jìn)性。B&R 公司PCC 的內(nèi)存容量為100KB～16MB。
　?、?可擴(kuò)展性　系統(tǒng)的擴(kuò)展一般分為當(dāng)?shù)財U(kuò)展、遠(yuǎn)程擴(kuò)展和組網(wǎng)。在判斷一個系統(tǒng)的擴(kuò)展能力時,一般有兩個判據(jù):第一,在一個CPU 下可以擴(kuò)展的I/ O 點(diǎn)數(shù);第二,能支持多少種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(如PROFIBUS ,ETH-ERNET,CAN ,MODBUS. . . ) 。PCC 在硬件及軟件上具備模塊化結(jié)構(gòu),還有多任務(wù)分時操作系統(tǒng)的支持,從而使系統(tǒng)具有很好的擴(kuò)展性。
　　3. 2 　系統(tǒng)原理圖(見圖5)
　　3. 3 　系統(tǒng)組成
　　可編程計算機(jī)控制器( PCC) 具有模塊化結(jié)構(gòu),下面簡要介紹B&R 2005 系列各模塊的配置:
　?、?nbsp;BP151 :12 槽底板。

　　圖5 　系統(tǒng)原理圖

　?、?IF260 :可編程模塊處理器CPU ,850KB RRAM,512KB FLASH PROM,1個接口卡插入槽。
　?、?IF671 :接口模塊,插入接口槽使用,它具有1 ×RS - 232 ,1 ×RS - 485/ 422 ,1 ×CAN ,實(shí)現(xiàn)與后臺或其它設(shè)備的通信。
　?、?PS477 :電源24V ,d. c. ,50W,帶擴(kuò)展從站。
　?、?DI475 :16 個數(shù)字量輸入模塊,24V ,d. c. ,10ms開關(guān)延時。
　?、?DO650 :16 個數(shù)字量輸出模塊,24V ,d. c. ,2A。
　?、?AI775 :8 個電流輸入4～20mA ,分辨率12bit 。
　　溫度量采集采用三線制溫度變送器, 輸出4 ～20mA 信號,再采集到AI775 模擬量模塊。電氣量采集選用交流采集模塊,用RS - 485 通信口實(shí)現(xiàn)與PCC 的通信。
　　4 　結(jié)論
　　采用B&R 2005 PCC 實(shí)現(xiàn)調(diào)相機(jī)的控制在技術(shù)上具有一定的先進(jìn)性、開放性、通用性、可擴(kuò)展性。系統(tǒng)經(jīng)過現(xiàn)場運(yùn)行,完全能夠滿足設(shè)計的要求,保證系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行。
　　參考文獻(xiàn)
　　1 　曾南超. 葛上直流輸電工程的控制和保護(hù)概述. 電網(wǎng)技術(shù),1989(4)
　　2 　貝加萊工業(yè)自動化(上海) 有限公司. 貝加萊工業(yè)自動化可編程計算機(jī)控制技術(shù)培訓(xùn)手冊. 1999

　　
　　作者：李慶軍（男,1966 年生,高級工程師;主要從事電力系統(tǒng)自動化方面的研究工作。）　金曉陽　陶學(xué)軍　劉軍偉　陳　光
　　(許昌繼電器研究所,河南許昌　461000)