油田电力自动化控制技术原理.doc

油田电力自动化控制技术原理摘要：随着近几年来中国社会现代化的发展和进步，电力系统自动化控制技术也得到了很好的发展，而在油田开发中电力技术也发挥这重要的作用，本文是笔者通过阐述了电力自动化控制技术的原理、要求、功能及分类，来对电力自动化控制技术在油田开发中的应用及发展做出介绍。关键词：油田电气自动化控制技术 电力系统 控制技术 电力网络绪言： 油田电力系统是一个由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统，它可以将自然界的一次性能源通过发电装置转化成电能，随后在经过输电、变电、配电等一系列过程最终使电能得到充分的利用。而油田电力自动化控制技术也是通过油田电力系统自给自足进行操作。一、 电力自动化控制的基本要求及原理 在现代社会中，不论是发达国家还是发展中国家，电能已经是不可或缺的生活要素。各种大型的输电网络如人体的血管一般遍布每一个国家各个角落，将电力带至每一户寻常人家。虽然电气工业的历史并不悠久，但随着电子科技的发展，电力对于现代文明的发展已经变得越来越重要。电力网络主要由电力线路、变电所和换流站（实现交流电和直流电相互变换的技术装置）组成。按功能可分为输电线路、区域电网、联络线和配电网络。联络线用于实现网络互联，可以合理调剂区域间的电能，提高供电可靠性和发电设备利用率，使电力系统运行的经济性、稳定性都得以改善。实现网络互联虽具有大的社会、经济效益，但它对电力系统的结构、控制措施、通信设施、运行调度等也提出了更高的要求。电力自动化控制技术有四个。（1） 迅速正确的收集、检测和处理电力系统中各个部位，元件的参数。（2） 根据电力系统的运行状态已经系统各部分的技术安全要求，为管理人员提供决策，或者直接对各部位元件进行调节控制。（3） 实现整个系统各层次、各分系统和元件之间的有效协调运作，寻求优质供电，安全供电，经济供电的综合最优运行方式。（4） 电力系统的自动化管理不仅可以节省人力，减少劳动强度，还可以避免发生供电事故，延长设备使用寿命，提高改善设备的运行性能。电力自动化控制是指对电能生产、传输和管理实现自动控制、自动调度和自动化管理。电力自动化的主要目标是保证供电的电能质量，保证整个系统的安全可靠的运行，从而减少损耗，提高经济效益和管理效率。其中的自动化包括调度实时监控、变电站自动化和负荷控制三个方面。调度实时监控系统通常由小型或者微型计算机组成，而变电站自动化的控制装置一般也是采用编程系统进行调度。供电系统的负荷控制则常采用工频或者声频控制的方式进行控制。管理化的自动化则通过计算机来实现。主要项目有电力工业计划管理、财务管理、生产管理、人事劳资管理、资料检索以及设计和施工方面等。电力系统自动化有三个功能。一是电力系统监视与控制。通过电力系统监视与控制为自动发电控制、经济调度、安全管理等高层次功能提供实时数据。其中监视主要是对电力系统进行运行时期的信息采集、处理、显示和打印，以及对出现在电力系统中的异常和事故进行自动处理和分析，并向管理员反映整个电力系统的运行状态和数据参数。而控制则是通过人机合作，对系统中的隔离开关、断路器、变压器等设备进行远程操作。二是电力系统安全分析。其主要内容是利用对实时数据的处理分析对电力系统中的任何可能发生的事故进行假想的分析和模拟计算，以便在遇到各种事故发生时进行及时的应对，来避免这些事故造成的设备过载、频率电压超过安全范围等不安全情况。三是电力系统经济调度。电力系统经济调度是在满足安全、电能质量和备用容量要求的前提下，基于系统有功功率平衡的约束条件和考虑网络损失的影响，以最低的发电(运行)成本或燃料费用，达到机组间发电负荷经济分配且保证对用户可靠供电的一种调度方法。在调度过程中按照电力系统安全可靠运行的保证条件下，在特定的电力运行方式中，在保证系统稳定运行的条件下，以保证最低的系统运行成本为原则，将系统的负荷分配到各个可控的发电机组上。经济调度一般只考虑静态过程中的优化，而不计算其动态过程。二、 电力自动化控制技术的分类 随着生产生活的不断发展变化，对于电力系统控制的要求也越来越高，人们也在电力系统中不断引进一些先进的技术手段。而目前在电力系统中主要有着五种典型智能控制技术。1、模糊逻辑控制技术模糊逻辑控制技术使得电力控制变得更加简单易操作，且在家用电器中体现出了比传统方法更好的优越性。通过建立理论模型来进行控制是现代社会较为先进的方法之一，实践结果也告诉我们它的优越性很大，因此模糊逻辑控制技术有着巨大的发展空间。2、 神经网络控制技术神经网络由大量简单的神经元通过特定的方式连接在一起。由于神经网络本身具有并行处理能力、非线性特性及自主组织学习能力等不错的特性，因此得到了各方面的高度关注。神经网络通过一定特殊的算法调节权值，把电力系统中的大量信息附着在各个权值的连接点上，实现通过神经网络将大量数据信息从n维空间非线性的映射到m维空间。3、 线性最优控制技术最优控制是将最优化理论用于电力自动化控制技术，是现代控制理论的重要组成部分之一。而线性最优控制技术是目前的现代控制理论中最成熟、应用范围最广的一个技术。4、 专家系统控制技术专家系统在电力系统中的应用范围很广，包括对于电力系统处于紧急状态的辨识处理，系统控制恢复，需要大量时间的状态转换分析，系统规划，故障点隔离处理，配电系统自动化，调度员培训，静态以及动态安全分析等各种繁杂的操作。5、 综合智能控制技术综合智能控制技术包含了智能控制技术与现代控制技术的结合，是多种控制方法的结合控制，在电力系统自动化控制中典型的有专家系统与模糊控制的结合，神经网络与模糊控制的结合，神经网络与专家控制的结合，神经网络、模糊控制与自适应控制的结合等各个方面，应用十分广泛。三、 电力自动化控制技术在油田开发中的应用本文采用大庆油田的电力自动化控制技术为例进行说明。大庆油田的电力自动化系统采用调度中心集控站RTU远方站3层结构模式，如图1所示。图中集控站之间的点线表示光纤自愈环网的冗余通道。（1）调度中心的SCADA负责收集处理，储存显示电网的运行数据和多媒体信息。DTS的功能是提供仿真的油田电力控制系统环境，用来训练调度员，使的他们可以更好的处理各种突发的事故，从而减少新培训的调度员与系统的磨合时间。大屏幕电子投影墙系统则可以更好显示系统各方面的数据，便于操作人员进行对电力控制系统的更好的掌控。调度中心采用了很多技术来保证系统的顺利运行：对局域网采用分布式处理，用开放式结构代替原有的集中式结构；采用双网运行，保证了系统运行的稳定可靠性；在重要节点采用双机热备份的措施，保证数据传输的安全性；采用高速数据传输通道，提高系统的反应速度。（2）集控站的SCADA功能包括收集RTU数据，数据预处理，原始数据与预处理数据的打包上传，向各个远方站发送命令或遥控调度各远方站。同时向供电公司等单位进行以多媒体信息为载体的数据上传。在集控站和主站之间采用光纤环网进行高速通信，保证两站之间的数据传输质量。（3）远方站以RTU为主体，通过高速光纤接入最近的上层集控站，同时完成以下功能：实时采集设备运行数据；将采集到的数据按指定规则上传至所接入的上层集控站；接受并执行上层集控站下达的遥控命令及调度。主站的结构与功能设计采用双快速以太网加大屏幕投影墙。主站采用高性能工作站，遵循上文提及的开放式和分布式的原则建立局域网。调度中心系统功能模块如图2所示SCADA系统 主要工作为：实时监控，数据库管理，远程数据通信。1、 应用软件 主要工作如下：系统状态分析，电网安全分析，电网自动化控制系统运行方式分析，网络数据库的管理与维护，经济调度，计划维修，负荷检测与管理，继电保护管理2、 调度员模拟环境培训3、 地理信息系统4、 电网管理信息系统在实现上述功能的同时，以直观的图像配合数据更好的显示整个电网自动化控制系统的运行状态，更好的服务于生产活动。通过上述系统的全面运行，可以保证油田电网的安全运行，排除不安定因素，从而更好的投入生产之中。同时保证了油田电网的经济化运行，减少不必要的能耗损失，做到节约资源，创造更好的年平均效益。还可以提高整个电网的管理水平，进一步的避免因为系统的不稳定性而导致的安全生产事故的发生，大大的提高了操作人员的工作效率，提高了整个系统运行的稳定性、准确性、安全性。四、电力自动化控制技术在油田开发中的发展当前电力系统自动化经济的经济意义、社会意义重大，随着电子科技的进一步的飞速发展，电力系统自动化技术的发展前景也是一片大好，目前自动化技术的发展主要呈现出远程化、分布式和图形化的趋势。（一） 远程化 传统的RTU技术在设计上通常是采用工业控制计算机作为系统的硬件平台，并通过拓展这种计算机的硬件接口来完成“四遥”过程。这种方法的好处是设计周期短，具有很好的扩展性，开发方便。但是另一方面设计开发RTU的成本较高，体积与功耗都很大，结构也不太灵活，已经无法适应现代电子科技发展的步伐。因此更好的一类更智能，更小型化，网络适用性强的的系统框架应运而生，而这种新型的系统架构方式也在不断的提高着系统终端的性能，具有很大的发展潜力，在工程设计上也具有很大的意义。（二） 分布式 随着能源消耗加剧，一种以集约式发展的电力运行方式，分布式电力控制系统得到了更多的关注。该系统具有灵活的变负荷调峰性能，同时也降低了输变电的资金损耗，节约能源，适合可再生能源利用等特点，同时提高了系统的输电稳定性，十分符合节约性社会的宗旨。（三） 图形化 现今输电网络系统的数据量巨大，单纯的数据传输已经无法满足需求，而图形化的应用使得信息的传输率达到了一个新的高度，不仅高效，而且稳定，为电力系统的发展带来了很好的技术进步的机遇。结语当下的电力系统自动化技术是一个经历了很长时间发展和改革的过程，现如今，有关电力行业的子领域也在蓬勃的发展，很过曾经毫不相关的科技领域也在技术大融合中走到了一起。油田电力自动化系统的经济效益也是客观的，而且在一定程度上降低了电力事故。参考文献：1吴文传、张伯明、孙宏斌电力系统调度自动化 清华大学出版社2011-08-01 2国网电力科学研究院实验验证中心 继电保护及自动化设备检验培训教材 中国电力出版社 2012-01-013 贺家李，宋从矩. 电力系统继电保护原理M. 水利电力出版社 19914.吴国良，张宪法 配电网自动化系统应用技术问答 中国电力出版社 2005-10-015李妍. 浅论电力系统自动化中智能技术的应用J. 中国科技信息，2010，(08).6张作刚. 计算机技术在电力系统自动化中的应用分析J.广东科技出版社，2008.7 北方联合电力有限责任公司 火力发电厂热工自动化系统安全技术指南 中国电力出版社 2007-04-01.