油田電力自動(dòng)化控制技術(shù)原理

1、油田電力自動(dòng)化控制技術(shù)原理摘要：隨著近幾年來中國(guó)社會(huì)現(xiàn)代化的發(fā)展和進(jìn)步，電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)也得到了很好的發(fā)展，而在油田開發(fā)中電力技術(shù)也發(fā)揮這重要的作用，本文是筆者通過闡述了電力自動(dòng)化控制技術(shù)的原理、要求、功能及分類，來對(duì)電力自動(dòng)化控制技術(shù)在油田開發(fā)中的應(yīng)用及發(fā)展做出介紹。關(guān)鍵詞：油田電氣自動(dòng)化控制技術(shù) 電力系統(tǒng) 控制技術(shù) 電力網(wǎng)絡(luò)緒言： 油田電力系統(tǒng)是一個(gè)由發(fā)電、輸電、變電、配電和用電等環(huán)節(jié)組成的電能生產(chǎn)與消費(fèi)系統(tǒng)，它可以將自然界的一次性能源通過發(fā)電裝置轉(zhuǎn)化成電能，隨后在經(jīng)過輸電、變電、配電等一系列過程最終使電能得到充分的利用。而油田電力自動(dòng)化控制技術(shù)也是通過油田電力系統(tǒng)自給自足進(jìn)行操作。

2、一、 電力自動(dòng)化控制的基本要求及原理 在現(xiàn)代社會(huì)中，不論是發(fā)達(dá)國(guó)家還是發(fā)展中國(guó)家，電能已經(jīng)是不可或缺的生活要素。各種大型的輸電網(wǎng)絡(luò)如人體的血管一般遍布每一個(gè)國(guó)家各個(gè)角落，將電力帶至每一戶尋常人家。雖然電氣工業(yè)的歷史并不悠久，但隨著電子科技的發(fā)展，電力對(duì)于現(xiàn)代文明的發(fā)展已經(jīng)變得越來越重要。電力網(wǎng)絡(luò)主要由電力線路、變電所和換流站（實(shí)現(xiàn)交流電和直流電相互變換的技術(shù)裝置）組成。按功能可分為輸電線路、區(qū)域電網(wǎng)、聯(lián)絡(luò)線和配電網(wǎng)絡(luò)。聯(lián)絡(luò)線用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，可以合理調(diào)劑區(qū)域間的電能，提高供電可靠性和發(fā)電設(shè)備利用率，使電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性都得以改善。實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)雖具有大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益，但它對(duì)電力系統(tǒng)的

3、結(jié)構(gòu)、控制措施、通信設(shè)施、運(yùn)行調(diào)度等也提出了更高的要求。電力自動(dòng)化控制技術(shù)有四個(gè)。（1） 迅速正確的收集、檢測(cè)和處理電力系統(tǒng)中各個(gè)部位，元件的參數(shù)。（2） 根據(jù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)已經(jīng)系統(tǒng)各部分的技術(shù)安全要求，為管理人員提供決策，或者直接對(duì)各部位元件進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。（3） 實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)各層次、各分系統(tǒng)和元件之間的有效協(xié)調(diào)運(yùn)作，尋求優(yōu)質(zhì)供電，安全供電，經(jīng)濟(jì)供電的綜合最優(yōu)運(yùn)行方式。（4） 電力系統(tǒng)的自動(dòng)化管理不僅可以節(jié)省人力，減少勞動(dòng)強(qiáng)度，還可以避免發(fā)生供電事故，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，提高改善設(shè)備的運(yùn)行性能。電力自動(dòng)化控制是指對(duì)電能生產(chǎn)、傳輸和管理實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)度和自動(dòng)化管理。電力自動(dòng)化的主要目標(biāo)是

4、保證供電的電能質(zhì)量，保證整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠的運(yùn)行，從而減少損耗，提高經(jīng)濟(jì)效益和管理效率。其中的自動(dòng)化包括調(diào)度實(shí)時(shí)監(jiān)控、變電站自動(dòng)化和負(fù)荷控制三個(gè)方面。調(diào)度實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)通常由小型或者微型計(jì)算機(jī)組成，而變電站自動(dòng)化的控制裝置一般也是采用編程系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度。供電系統(tǒng)的負(fù)荷控制則常采用工頻或者聲頻控制的方式進(jìn)行控制。管理化的自動(dòng)化則通過計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)。主要項(xiàng)目有電力工業(yè)計(jì)劃管理、財(cái)務(wù)管理、生產(chǎn)管理、人事勞資管理、資料檢索以及設(shè)計(jì)和施工方面等。電力系統(tǒng)自動(dòng)化有三個(gè)功能。一是電力系統(tǒng)監(jiān)視與控制。通過電力系統(tǒng)監(jiān)視與控制為自動(dòng)發(fā)電控制、經(jīng)濟(jì)調(diào)度、安全管理等高層次功能提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。其中監(jiān)視主要是對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行時(shí)

5、期的信息采集、處理、顯示和打印，以及對(duì)出現(xiàn)在電力系統(tǒng)中的異常和事故進(jìn)行自動(dòng)處理和分析，并向管理員反映整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)參數(shù)。而控制則是通過人機(jī)合作，對(duì)系統(tǒng)中的隔離開關(guān)、斷路器、變壓器等設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。二是電力系統(tǒng)安全分析。其主要內(nèi)容是利用對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的處理分析對(duì)電力系統(tǒng)中的任何可能發(fā)生的事故進(jìn)行假想的分析和模擬計(jì)算，以便在遇到各種事故發(fā)生時(shí)進(jìn)行及時(shí)的應(yīng)對(duì)，來避免這些事故造成的設(shè)備過載、頻率電壓超過安全范圍等不安全情況。三是電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度。電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度是在滿足安全、電能質(zhì)量和備用容量要求的前提下，基于系統(tǒng)有功功率平衡的約束條件和考慮網(wǎng)絡(luò)損失的影響，以最低的發(fā)電(運(yùn)行)成本或燃料費(fèi)

6、用，達(dá)到機(jī)組間發(fā)電負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配且保證對(duì)用戶可靠供電的一種調(diào)度方法。在調(diào)度過程中按照電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的保證條件下，在特定的電力運(yùn)行方式中，在保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件下，以保證最低的系統(tǒng)運(yùn)行成本為原則，將系統(tǒng)的負(fù)荷分配到各個(gè)可控的發(fā)電機(jī)組上。經(jīng)濟(jì)調(diào)度一般只考慮靜態(tài)過程中的優(yōu)化，而不計(jì)算其動(dòng)態(tài)過程。二、 電力自動(dòng)化控制技術(shù)的分類 隨著生產(chǎn)生活的不斷發(fā)展變化，對(duì)于電力系統(tǒng)控制的要求也越來越高，人們也在電力系統(tǒng)中不斷引進(jìn)一些先進(jìn)的技術(shù)手段。而目前在電力系統(tǒng)中主要有著五種典型智能控制技術(shù)。1、模糊邏輯控制技術(shù)模糊邏輯控制技術(shù)使得電力控制變得更加簡(jiǎn)單易操作，且在家用電器中體現(xiàn)出了比傳統(tǒng)方法更好的優(yōu)越性。通

7、過建立理論模型來進(jìn)行控制是現(xiàn)代社會(huì)較為先進(jìn)的方法之一，實(shí)踐結(jié)果也告訴我們它的優(yōu)越性很大，因此模糊邏輯控制技術(shù)有著巨大的發(fā)展空間。2、 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由大量簡(jiǎn)單的神經(jīng)元通過特定的方式連接在一起。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)本身具有并行處理能力、非線性特性及自主組織學(xué)習(xí)能力等不錯(cuò)的特性，因此得到了各方面的高度關(guān)注。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過一定特殊的算法調(diào)節(jié)權(quán)值，把電力系統(tǒng)中的大量信息附著在各個(gè)權(quán)值的連接點(diǎn)上，實(shí)現(xiàn)通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將大量數(shù)據(jù)信息從n維空間非線性的映射到m維空間。3、 線性最優(yōu)控制技術(shù)最優(yōu)控制是將最優(yōu)化理論用于電力自動(dòng)化控制技術(shù)，是現(xiàn)代控制理論的重要組成部分之一。而線性最優(yōu)控制技術(shù)是目前的現(xiàn)代控制理論中最成

8、熟、應(yīng)用范圍最廣的一個(gè)技術(shù)。4、 專家系統(tǒng)控制技術(shù)專家系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用范圍很廣，包括對(duì)于電力系統(tǒng)處于緊急狀態(tài)的辨識(shí)處理，系統(tǒng)控制恢復(fù)，需要大量時(shí)間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換分析，系統(tǒng)規(guī)劃，故障點(diǎn)隔離處理，配電系統(tǒng)自動(dòng)化，調(diào)度員培訓(xùn)，靜態(tài)以及動(dòng)態(tài)安全分析等各種繁雜的操作。5、 綜合智能控制技術(shù)綜合智能控制技術(shù)包含了智能控制技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)的結(jié)合，是多種控制方法的結(jié)合控制，在電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制中典型的有專家系統(tǒng)與模糊控制的結(jié)合，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與模糊控制的結(jié)合，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專家控制的結(jié)合，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制與自適應(yīng)控制的結(jié)合等各個(gè)方面，應(yīng)用十分廣泛。三、 電力自動(dòng)化控制技術(shù)在油田開發(fā)中的應(yīng)用本文采用大慶油田的電力自

9、動(dòng)化控制技術(shù)為例進(jìn)行說明。大慶油田的電力自動(dòng)化系統(tǒng)采用調(diào)度中心集控站RTU遠(yuǎn)方站3層結(jié)構(gòu)模式，如圖1所示。圖中集控站之間的點(diǎn)線表示光纖自愈環(huán)網(wǎng)的冗余通道。（1）調(diào)度中心的SCADA負(fù)責(zé)收集處理，儲(chǔ)存顯示電網(wǎng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)和多媒體信息。DTS的功能是提供仿真的油田電力控制系統(tǒng)環(huán)境，用來訓(xùn)練調(diào)度員，使的他們可以更好的處理各種突發(fā)的事故，從而減少新培訓(xùn)的調(diào)度員與系統(tǒng)的磨合時(shí)間。大屏幕電子投影墻系統(tǒng)則可以更好顯示系統(tǒng)各方面的數(shù)據(jù)，便于操作人員進(jìn)行對(duì)電力控制系統(tǒng)的更好的掌控。調(diào)度中心采用了很多技術(shù)來保證系統(tǒng)的順利運(yùn)行：對(duì)局域網(wǎng)采用分布式處理，用開放式結(jié)構(gòu)代替原有的集中式結(jié)構(gòu)；采用雙網(wǎng)運(yùn)行，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)

10、定可靠性；在重要節(jié)點(diǎn)采用雙機(jī)熱備份的措施，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?；采用高速?shù)據(jù)傳輸通道，提高系統(tǒng)的反應(yīng)速度。（2）集控站的SCADA功能包括收集RTU數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)預(yù)處理，原始數(shù)據(jù)與預(yù)處理數(shù)據(jù)的打包上傳，向各個(gè)遠(yuǎn)方站發(fā)送命令或遙控調(diào)度各遠(yuǎn)方站。同時(shí)向供電公司等單位進(jìn)行以多媒體信息為載體的數(shù)據(jù)上傳。在集控站和主站之間采用光纖環(huán)網(wǎng)進(jìn)行高速通信，保證兩站之間的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。（3）遠(yuǎn)方站以RTU為主體，通過高速光纖接入最近的上層集控站，同時(shí)完成以下功能：實(shí)時(shí)采集設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)；將采集到的數(shù)據(jù)按指定規(guī)則上傳至所接入的上層集控站；接受并執(zhí)行上層集控站下達(dá)的遙控命令及調(diào)度。主站的結(jié)構(gòu)與功能設(shè)計(jì)采用雙快速以太網(wǎng)加大屏

11、幕投影墻。主站采用高性能工作站，遵循上文提及的開放式和分布式的原則建立局域網(wǎng)。調(diào)度中心系統(tǒng)功能模塊如圖2所示SCADA系統(tǒng) 主要工作為：實(shí)時(shí)監(jiān)控，數(shù)據(jù)庫(kù)管理，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信。1、 應(yīng)用軟件 主要工作如下：系統(tǒng)狀態(tài)分析，電網(wǎng)安全分析，電網(wǎng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)運(yùn)行方式分析，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)的管理與維護(hù)，經(jīng)濟(jì)調(diào)度，計(jì)劃維修，負(fù)荷檢測(cè)與管理，繼電保護(hù)管理2、 調(diào)度員模擬環(huán)境培訓(xùn)3、 地理信息系統(tǒng)4、 電網(wǎng)管理信息系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)上述功能的同時(shí)，以直觀的圖像配合數(shù)據(jù)更好的顯示整個(gè)電網(wǎng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，更好的服務(wù)于生產(chǎn)活動(dòng)。通過上述系統(tǒng)的全面運(yùn)行，可以保證油田電網(wǎng)的安全運(yùn)行，排除不安定因素，從而更好的投入生產(chǎn)之中。同

12、時(shí)保證了油田電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)化運(yùn)行，減少不必要的能耗損失，做到節(jié)約資源，創(chuàng)造更好的年平均效益。還可以提高整個(gè)電網(wǎng)的管理水平，進(jìn)一步的避免因?yàn)橄到y(tǒng)的不穩(wěn)定性而導(dǎo)致的安全生產(chǎn)事故的發(fā)生，大大的提高了操作人員的工作效率，提高了整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、安全性。四、電力自動(dòng)化控制技術(shù)在油田開發(fā)中的發(fā)展當(dāng)前電力系統(tǒng)自動(dòng)化經(jīng)濟(jì)的經(jīng)濟(jì)意義、社會(huì)意義重大，隨著電子科技的進(jìn)一步的飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展前景也是一片大好，目前自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展主要呈現(xiàn)出遠(yuǎn)程化、分布式和圖形化的趨勢(shì)。（一） 遠(yuǎn)程化 傳統(tǒng)的RTU技術(shù)在設(shè)計(jì)上通常是采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)作為系統(tǒng)的硬件平臺(tái)，并通過拓展這種計(jì)算機(jī)的硬件接口來完成“四遙

13、”過程。這種方法的好處是設(shè)計(jì)周期短，具有很好的擴(kuò)展性，開發(fā)方便。但是另一方面設(shè)計(jì)開發(fā)RTU的成本較高，體積與功耗都很大，結(jié)構(gòu)也不太靈活，已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)代電子科技發(fā)展的步伐。因此更好的一類更智能，更小型化，網(wǎng)絡(luò)適用性強(qiáng)的的系統(tǒng)框架應(yīng)運(yùn)而生，而這種新型的系統(tǒng)架構(gòu)方式也在不斷的提高著系統(tǒng)終端的性能，具有很大的發(fā)展?jié)摿?，在工程設(shè)計(jì)上也具有很大的意義。（二） 分布式 隨著能源消耗加劇，一種以集約式發(fā)展的電力運(yùn)行方式，分布式電力控制系統(tǒng)得到了更多的關(guān)注。該系統(tǒng)具有靈活的變負(fù)荷調(diào)峰性能，同時(shí)也降低了輸變電的資金損耗，節(jié)約能源，適合可再生能源利用等特點(diǎn)，同時(shí)提高了系統(tǒng)的輸電穩(wěn)定性，十分符合節(jié)約性社會(huì)的宗旨。（

14、三） 圖形化 現(xiàn)今輸電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量巨大，單純的數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)無法滿足需求，而圖形化的應(yīng)用使得信息的傳輸率達(dá)到了一個(gè)新的高度，不僅高效，而且穩(wěn)定，為電力系統(tǒng)的發(fā)展帶來了很好的技術(shù)進(jìn)步的機(jī)遇。結(jié)語當(dāng)下的電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)是一個(gè)經(jīng)歷了很長(zhǎng)時(shí)間發(fā)展和改革的過程，現(xiàn)如今，有關(guān)電力行業(yè)的子領(lǐng)域也在蓬勃的發(fā)展，很過曾經(jīng)毫不相關(guān)的科技領(lǐng)域也在技術(shù)大融合中走到了一起。油田電力自動(dòng)化系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益也是客觀的，而且在一定程度上降低了電力事故。參考文獻(xiàn)：1吳文傳、張伯明、孫宏斌 電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化 清華大學(xué)出版社  2011-08-01 2國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中心 繼電保護(hù)及自動(dòng)化設(shè)備檢驗(yàn)培訓(xùn)教材 中國(guó)電力出版社 20