整定技术论文

整定技术论文（精选10篇）

整定技术论文 篇1

摘要：将数字PID控制与PLC技术结合,提出新的PID参数自整定设计方案。通过人机交互管理整个自整定过程,分析推导出关键参数。该方案有两种运行模式,即独立使用(AT)或与PID控制配合使用(AT+PID)。运行效果证明方案的适用性和有效性,可在工业过程控制中推广应用。

关键词：可编程控制器,数字比例积分微分控制,自整定,加热炉

1 引言

在工业过程中95%的控制采用PID控制器[1],近年来PLC中普遍集成了数字PID控制。常规PID参数整定法如Z-N法需要丰富的经验,既耗时又费力,加之实际系统的滞后和非线性等增加了难度,如果初始参数选择不当,可能出现大的超调,甚至使系统不稳定。PID自整定,是在对象参数辨识和特征辨识的基础上按照一定的寻优规律或整定规则,对控制参数进行自动整定。一般要求自整定操作对工况影响小,整定时间短,且自整定环节在工况变化时可自动启动。

本文结合工业加热炉过程,分析了施耐德公司Twido系列PLC对于回路温度控制的硬件设计、软件结构及参数组态,研究了其自整定原理和使用方法,并通过工程实例,实现了PLC在PID自整定方面的优越性和理想的控制效果。

2 PID自整定原理与过程

2.1 PID自整定工作原理

如图1,设定点来自控制器内部变量或Twido Suite编程组态软件动态数据表的数据;测量值来自过程传感器(模拟量、编码器);执行PID控制算法发送适合通过离散量(PWM)输出或模拟量输出驱动的执行器特性的指令。P L C的数字P I D控制律和微分三部分串并联,可单独激活或取消。通过引入扰动量可实现前馈-反馈复杂控制,具有积分初始化、手自动无扰切换、输出限幅、防止积分饱和等一系列功能。正是由于如此多的优点,它在液位、流量、压力控制中都能取得满意效果,但温度控制效果不理想,具体表现为温度波动范围大、调节时间长和参数整定困难。这是由于温度控制对象普遍存在纯时间滞后,如热交换器中,被控量是被加热物料的出口温度,而控制量是载热介质,当改变载热介质流量后,对物料出口温度的影响必然要滞后一段时间,即介质经管道所需的时间。用纯滞后时间τ与时间常数T的比值τ/T来衡量滞后的大小,τ/T<0.1时为类型Ⅰ过程;τ/T≈0.1为类型Ⅱ;τ/T>0.1为类型Ⅲ,温度控制对象τ/T较大。其次,温度控制对象普遍都是大惯性系统,即与控制量相比,被控量变化缓慢。再次,温度控制对象还容易受到现场环境温度的影响[2]。因此,通过传统工程整定方法很难获得合适的PID参数,而常规PID没有参数在线自整定功能,最终导致控制效果不理想。

PLC使用的自整定算法基于K.J.Astrom和T.Hagglund在1984年提出的继电反馈算法,该算法在一个稳定的控制过程中产生一个小幅度的持续振荡。根据过程变量振荡的周期和幅度的变化,确定最终的频率和增益,并用它们求出PID控制器的增益、积分时间常数和微分时间常数的推荐值。自整定可用于正作用和反作用的P、PI、PD、PID回路的整定。Twido系列PLC尤其适用于热过程的自整定。进行自整定功能时,应确保控制过程和PLC满足以下要求:(1)控制过程必须为开环且稳定的系统;(2)自整定运行启动时,控制过程必须处于稳态,且过程输入必须为空(即炉子或烤箱应处于环境温度。);(3)自整定执行时,确保在整个过程中无扰动进入,否则计算的参数将出错或自整定过程失败(即不应打开炉门,即使只打开片刻。);(4)配置PLC以周期模式执行扫描,且使采样周期Ts为扫描周期的整数倍。

参数自整定的原理是通过可调节变量阶跃变化来激励过程的执行,通过分析温度对象的闭环阶跃响应曲线,提取如静态增益K、上升时间T等特征参数,确定对象模型,然后基于这些特征参数进行仿真和寻优,自整定PID参数。温度对象的过程传递函数

号的作用下,输出参数以图2自整定曲线上升,从初始值到达稳态值。在曲线的段间找拐点,过拐点作切线与横轴及稳态直线相交,由交点在横轴上的投影点,可确定模型参数K、τ、T。针对已确定的模型及其参数,通过仿真和寻优,确定PID控制算法的Kp、Ti、Td参数[3]。

自整定可以独立使用(AT模式)或与PID控制配合使用(AT+PID)。AT模式整合且成功确定PID控制参数Kp、Ti和Td后(或在自整定算法中检测到错误后),自整定数字输出设置为0并且PID状态列表下拉列表中显示消息“自整定完成”。AT+PID模式首先启动AT;成功完成AT后,根据自整定计算的Kp、Ti和Td参数,启动PID控制回路。处于AT+PID模式时,从AT到PID的切换是无扰动的。

2.2 PID自整定执行过程

因为在不同设定点下整定的参数值不完全相同,自整定启动前,应先将PLC的设定点设置在要控制的数值(如为设定点或中间值)上。自整定启动后,PLC强制系统产生扰动,经过2~3个振荡周期后结束自整定状态。PLC通过检测系统从超调恢复到稳态(测量值与设定点一致)的过渡特性,分析振荡的周期、幅度及波形来计算PID的最佳整定参数。理想的调节效果是,设定点应与测量值保持一致,可从动态(设定点变化或扰动)和稳态(设定点固定)两方面来评价系统调节品质,通过PID参数自整定,能够满足大多数的系统。不同的系统由于惯性不同,自整定时间有所不同,从几分钟到几小时不等。既可以手动模式也可以自动模式启动自整定。通过可调节变量阶跃变化来激励过程的执行,在检测到拐点之后,通过计算可以获得PID参数,控制器也将切换到自动模式,并继续使用这些参数进行控制。

如图3,完整的自整定过程要执行4个连续的阶段:(1)阶段1,稳定化,在启动AT过程时开始。在该阶段中,PLC自整定执行检查以确保过程变量处于稳态。(2)阶段2,对过程应用第一个阶跃变化。该阶段将生成过程阶跃响应。(3)阶段3,松弛阶段,在第一个阶跃响应稳定之后开始。松弛向平衡状态发展,这种平衡是由自整定开始之前应用于过程的输出确定的。(4)阶段4,以阶段2中相同的数量和方式对过程应用第二个阶跃变化。阶段4完成时,自整定过程结束,并且AT参数已计算并存储在各存储器字中。

3 PID自整定系统设计与实现

3.1 硬件设计与实现

控制系统组成如图4,一台油加热器由加热炉体、载体传输通道、膨胀系统及电控装置构成,与用热设备组成了一个循环加热系统。热载体(导热油)在炉体内被电热管加热后,用热油泵通过管路传送到用热设备,放热后再次回到炉体内升温,实现连续循环过程。温度控制系统为闭环负反馈系统,由热电偶检测的油温信号对应的m V信号,传送至Twido PLC模拟量模块的输入端,PLC的CPU本体模块的固态继电器输出DC24V的PWM信号,传送至继电器,驱动改变固定期内的输出占空比,从而控制电热器的输出功率。如图5通过Twido Suite组态和编程软件(版本V2.01.6),双击PID图标,方便地完成PID的组态。要确保PID控制和自整定过程正确运行,PLC必须配置为周期模式执行扫描。在周期模式下,PLC的每个扫描定期启动。这样采样率就在测量过程中保持恒定;而在循环模式中,一旦上一扫描结束,新扫描就启动,因此各扫描之间的采样周期不平衡。

3.2 软件设计与实现

图4 PLC系统电路接线图

表1变量编程列表

PLC程序用梯形图等语言编程,PID自整定变量[4]编程如表

1。其中自整定PV极限%MW7保存AT过程中测量的过程变量不应超过的极限;自整定输出%MW8保存应用于过程的步进变化值。通过人机交互管理整个自整定过程,Twido Suite软件的自整定执行界面如图6。

4 PID自整定执行结果分析

以采样周期Ts的确定方法为例说明。采样周期是PID控制的关键参数,可从AT时间常数T推导出采样周期。有两种方法可以求得正确的采样周期,即过程响应曲线与反复试验方法。

(1)过程响应曲线方法

在控制过程输入中设置步进变化,然后记录随时间变化的过程输出曲线。过程响应曲线方法将工业对象近似用一阶惯性环节

和纯滞后环节串联,传递函数为。过程响应曲线

如图7,测量简单热过程的时间常数T。实验条件为:控制过程发生在电阻加热的压力空气烤箱中。Twido PLC通过K型热电偶采集以℃为单位的温度测量值。通过PID控制器的PWM离散量输出驱动加热电阻。

按以下步骤进行:(1)从PID自整定界面“输出”选项卡中选择手动模式,且将手动模式输出设置为10000。(2)从“跟踪”选项卡中启动PID运行。烤箱温度达到稳态时,停止PID运行。(3)从图7的响应曲线分析中可获得:过程变量初始值S[i]=260,过程变量结束值S[e]=660,位于63%上升处过程变量S[63%]=S[i]+(S[e]-S[i])×63%=260+(660-260)×63%=51 2;时间常数即从上升起点到达S[63%]的耗时T=570s。(4)确定采样周期Ts=T/75=570/75=7.6s(7600ms)。(5)在PID组态界面“程序扫描方式”编辑对话框中设置扫描周期,使采样周期为扫描周期的整数倍,即扫描周期

(2)反复试验方法

连续向自整定功能提供采样周期的猜测值,直到自整定算法向用户认为满意的Kp、Ti和Td成功整合。与过程响应曲线不同,反复试验方法不依靠过程响应的任何近似法则。其优点在于:向与实际值位于同一数量级的采样周期值整合。执行反复试验估算的步骤:(1)在PID自整定界面“自整定”选项卡中将AT的输出极限设置为10000。(2)在“PID”选项卡采样周期字段中填入第1个或第n个猜测值。如果未掌握采样周期的可能范围,可将此值设置为可能的最小值:1(单位为10ms)。(3)从菜单栏选择“控制器传送PC→控制器...”,将应用程序下载到PLC。(4)启动自整定,从“动态显示”选项卡屏幕,等待自整定过程结束。(5)可能发生2种情况:自整定成功完成,可以继续执行步骤6;或自整定失败,意味着采样周期Ts的当前猜测值不正确,尝试新的Ts猜测值并重复步骤2至步骤4,直到自整定过程最终整合。应遵循以下原则来提供新的Ts猜测值:AT结束并显示错误消息“计算的时间常数为负!”,意味着采样周期Ts太大,应减小Ts值作新猜测值;或AT结束并显示错误消息“采样错误!”,意味着采样周期Ts太小,应增大Ts值作新猜测值。(6)在“动态显示”选项卡中查看PID控制参数(Kp、Ti和Td),并在“PID”选项卡中对其进行调整。如果该组控制参数提供的PID控制不能提供完全满意的结果,则可以精细化进行采样周期的反复试验求值,直到得出正确的Kp、Ti和Td控制参数。

要精细化从自整定获得的PID参数Kp、Ti、Td,可直接从“PID”选项卡或通过相应的存储器字(%MW)手动调节这些参数值。使用自整定和PID控制的限制:(1)自整定最适于时间常数T和纯滞后时间τ满足10s<(T+τ)<2700s的过程;(2)PID控制最适于满足2<(T/τ)<20的过程调节。对于(T/τ)<2,PID控制已达到极限,需要使用更多高级控制技巧;对于(T/τ)>20,可以使用简单的开/关(或两步)控制器代替PID控制器。

5 结束语

该方案应用于某厂热处理生产线,系统投运前在PLC中通过自整定确定最佳的P、I、D参数。首先把设定点SV调至正火炉和回火炉常用温度200℃,并为一组变量赋初始值,进入自整定界面。完成上述组态,且系统构成闭环,即PLC输入与传感器、PLC输出与负载连接完毕通电后,启动进入自整定AT。在接近设定点200℃时,输出指示灯时亮时灭,表示PWM时断时通,已进入精确温控阶段。经过自整定后运行稳定,PLC的显示温度始终为200℃。

PLC的自整定功能经现场应用证明适于PID算法的所有过程控制对象,特别适于过程特性易于变化的对象;PID投运和操作更加简便;使常规PID控制进入更加广阔的应用领域。将自整定PID参数应用于实际,炉温控制效果好,保温段温差小于±1℃,达到并超过智能仪表或DCS的控温水平,同时费用较低,尤其对大型热处理炉节约效益显著。

参考文献

[1]ASTROM K J,HAGGLUND T.PID controllers:Theory,design,and tuning[M].[s.l.]:Instrument Society of America,1995.

[2]金以慧.过程控制[M].北京:清华大学出版社,1993.

[3]胡晚霞,余玲玲,戴义保,何亨文.PI D控制器参数快速整定的新方法[J].工业仪表与自动化装置.1996(5):11-16,23.

[4]Twido可编程控制器软件编程手册[Z].施耐德电气公司,2004.

PID自整定方法研究 篇2

关键词：PID 自动控制 自整定 继电

一、引言

PID控制算法是迄今为止最通用的控制策略，PID调节器是工业过程控制中最常用的控制器。一个大的工业生产过程可能包含上千个控制器，它们必须被分别整定以提供良好的及鲁棒的控制性能。整定过程如果由手动来完成，整定费时费力，得到的系统性能主要取决于工程师具有的经验和过程知识[1]。实际上，有许多工业控制回路PID参数整定较差。自整定对于研究者和现场工程师具有极其重要的意义。

通过自整定技术，可以实现控制器按照操作者和外部信号要求来进行自动整定，同时能够实现在线整定，工业过程控制已经清楚地表明这是一个高度需要和十分有价值的技术。国内外许多专家学者致力于这方面的研究，已经取得了一些重大的成果，国外已有商品化的控制器应用于实际工业过程控制中，但国内用于商品化研究还很少。

二、PID自整定控制的研究现状及发展

将过程对象的动态性能的确定和PID控制器参数的计算方法结合起来就可实现PID控制的自整定。自整定的含义是控制参数可根据用户需要自动整定，用户可以通过按动一个按钮或给控制器发送一个命令来启动自整定过程。

自从有了PID控制，回路整定就一直是人们研究的问题之一。许多整定方法及公式已经开发出来。最早提出的PID参数工程整定方法是1942年由Ziegler和Nichlos提出简称为Z-N整定公式，尽管时间已经过去半个世纪了，但至今还在工业控制中普通应用。1953年Cohn和Coon继承和发展了Z-N公式，提出了一种考虑被控过程时滞大小的Conhn-Coon的整定公式。近年来，国内外不少学者研究PID调节器参数自整定的方法，并取得了很大的进展。如基于过程特征参数按ITAE最佳传递函数的PID控制器自整定技术，基于给定相位裕度的PM法，基于给定相位裕度和幅值度的SPAM法等等[2][3]。

关于PID自整定方法的研究，国内已有大量的文献发表。Astorm和Hagglund于1998年出版了专著《PID控制自整定》，特别是近年来，国际自动控制领域对该课题的研究仍在继续，许多重要的国际杂志不断发表新的研究成果。如Automiac，Control Engineer Practic，IEEE Trans.On Control System Technology等。Astorm和Hagglund于1995年再次出版了《PID控制器（第二版）》。王等（2000），Astrom&Haglund(2001)，Cominos&Munro(2002)分别PID控制器参数整定方法作了综述和展望[4][5][6]。

三、研究的主要思想和实现

Astorm和Hagglund提出了在继电馈下观测被控程的极限的环振荡自整定方法。在自整定调节期间，继电控制使过程产生极限环振荡，由振荡曲可以得到动态过程数学模型特征参数 和 ，再利用Z-N整定公式计算PID参数。

1.继电反馈的基本原理

继电反馈的基本思想是在控制系统中设置两种模态：测试模态和调节模态，在测试模态下，由一个继电非线性环节来测试系统的振荡频率和增益，而在调节模态下，由系统的特征参数首先得到PID控制器，然后由此控制器对系统的动态性能进行调节。调节过程结束后，系统切换到PID控制。如果系统的参数发生变化，则需要重新进入测试模态进行测试，测试完毕之后再回到调节模态进行控制[7]。如图1所示。

图1 继电整定的原理框图

2.继电整定法

在实际的工业过程控制中，继电控制信号往往是系统执行器的输入信号，这个信号不能为

负值。因而只能在仪表最大控制量程内施加一Bang-Bang控制信号[8]。

图2 自整定过程曲线

如图4-3所示。其中 表示控制信号的中值，为划分对称继电特性的振幅。在实际应用中，公式（4-5）中A的计算是通过测量系统的峰-峰值求A的。当输出几个振荡周期时，测出每个周期内的最大，则振幅

（4-6）

如果输出曲线的振荡的上下幅值相同，可用求相邻2次过零的时间来计算，即

（4-7）

准确来说，可按等幅振荡峰值对应的时间来计算，即

（4-8）

3．继电自整定算法[9]

（1）启动自整定按钮；

（2）计算误差e(t)=sv-pv，当e(t)>0时，取控制量的最大值，当e(t)<0时，取控制量的最小值；

（3）计算临界振荡参数 和kU；

（4）利用PID参数整定，求出PID参数的值；

（5）退出自整定过程，转入PID控制模式。

四 继电自整定Matlab的仿真实现

一般而言，对控制系统进行计算机仿真，首先应建立系统模型。在继电自整定的仿真研究中，选用二阶惯性加纯滞后环节（

）为研究对象，其传递函数为（）为研究对象，可以建立图3的系统仿真模型。

图3 系统仿真模型

对该模型利用自整定算法，在Matlab语言中采用M语言进行编程。仿真结果如图4所示。

图4 仿真结果

五、结论

仿真结果表明，继电整定的PID参数，能平稳达到设定值，满足控制的要求。继电振荡整定法是实现PID参数在线自整定的有效方法，本文就整定的有关技术进行了初步研究，对研究PID自整定控制器有一定的参巧价值。

参考文献：

1.王伟,张晶涛，柴天佑.PID参数先进整定方法综述.自动化学报，2000,vol.(3):347-335

2.Cominos & Munro N. PID controllers:recent tuning methods and design to specification. IEEE Proceedings-Control theory and application,2002,vol.(1):46-53

3.何颖,鹿蕾,赵争鸣.PID参数自整定方法概述.现代电子技术，2004, 24:32-34

4.Zhang M & Atherton D.P. Tuning of optimum PID controllers. Proceedings of IEE,1993,140:216-224

5.Schei T.S. Automatic tuning of PID controllers based on transfer function estimation. Automatica, 1994, vol.(2): 1983-1989

6.Hang C.C.& Sin K.K．An on-1ine auto-tuning method based on cross--correlation．IEEE Transactions on Industrial Electronics, 1991, 38(6):428-437

7.Schei T.S. A method for closed loop automatic tuning of PID controllers. Automatica, 1992, vol.(1):587-591

8.Astrom K.J.& Hagglund T.Automatic tuning of simple regulators with specifications on phase and amplitude margins．Automatica，1984，20(5):645-651

整定技术论文 篇3

随着继电保护整定计算技术的发展,对保护定值计算的要求也越来越高。定值计算软件不仅能够计算原理级定值,而且应当能进行装置级辅助定值计算,形成一套完整的定值计算、管理的综合信息系统。目前,大多数的整定计算软件系统能够很好地计算原理性定值,但在灵活、方便地生成装置级的定值单及进行定值管理上还存在不足。一些软件通过诸如脚本编程[1,2]等方式来实现定值单生成和管理,这种方式使得其应用受到限制,同时对新保护原理和新装置的定值生成则很难实现,而且系统升级很困难。

利用先进的插件技术,本文提出了一种基于插件技术的发电厂整定计算和信息管理软件系统构成方案。该方案的核心方法是通过设计一个发电厂通用整定计算模块来实现原理级定值的计算,利用插件技术来完成装置级辅助定值的计算和定值单生成。由于插件可自动进行配置,不同微机保护装置由不同的插件来实现,这样对于新保护原理和新保护装置只要设计新插件,程序将会通过新插件实现相应定值的计算及管理。由于插件的开发很容易实现,大多数的计算通过通用整定计算模块实现软件复用,而插件仅需实现新原理和定值单生成。这种全新的整定计算软件系统架构解决了不断出现的保护新原理和新设备使整定计算系统面临很快淘汰的问题,同时,采用.Net平台来实现插件技术,可充分利用.Net平台先进的网络信息处理功能,使继电保护信息管理网络化,使多用户能够同步实现信息管理功能,更重要的是使系统具有良好的扩展性。

1 目前整定计算软件系统分析

对于发电厂整定计算软件,目前主要采用的实现技术包括专家系统、组件技术、可视化技术等。文献[3]介绍了一种专家系统在发电厂整定计算系统的应用,文献[4]介绍了电厂整定计算专家系统的组成。随着网络技术的应用,在整定计算平台上开始考虑网络化应用及Web应用,并取得了一定的成果。比如,文献[5]介绍了基于Web的保护整定和信息管理。随着继电保护信息管理系统的提出,整定计算软件系统已经不单单考虑进行定值的计算,还包括定值单的生成和管理等,因此对定值单的管理系统也逐渐和整定计算系统集成在一起。文献[6]介绍了基于脚本的发电厂整定计算软件定值单生成系统。文献[7]介绍了组件式的定值单管理系统。

已有的整定计算软件普遍存在一个技术难点,即如何将整定计算软件系统的定值计算和定值管理很好地集成在一起。传统的定值计算程序大都仅考虑原理性定值,专家系统中的知识库扩展不灵活,对于定值单的管理需采用脚本或第三方软件来实现[1,2],但这种方式对于不断出现的新保护原理和不同装置的定值单生成则难以实现,而且用户较难掌握这些脚本程序,使应用受到限制,对新原理的保护往往只能升级原有的程序。对于采用组件技术的整定计算系统,尽管可以实现软件复用,软件系统中的各个部分可以共享基础信息,如文献[8,9]将软件系统设计成相互较独立的组件COM协同工作,但对于不同装置的定值单的管理则无法实现,同时对新原理的保护则需要修改其整定计算的COM组件。基于Web的网络应用,如文献[5]也仅是实现了定值的管理网络化,但对于新保护装置的定值单生成和新保护原理的扩展仍需要修改系统。因此整定计算软件系统都面临着如何将定值计算和定值单管理很好结合在一起,对于新保护原理和保护装置能最大程度地进行扩展的问题。

插件式系统设计方法的应用越来越广泛,基于插件的设计有很多优点。把扩展功能从框架中剥离出来,降低了框架的复杂度,让框架更容易实现。扩展功能与框架的联系很弱,插件架构体系基本的一个概念就是基于松散的模块积累方式,通过新增插件以及扩展原有插件的方法来完成系统的实现,目前,插件技术在电网整定计算中已有应用[10,11]。在发电厂整定计算软件系统中极少采用插件式系统设计方案,由于发电厂整定计算的保护类型多样,采用插件式系统设计将会更有优势。

2 插件系统原理及.Net平台插件实现

插件的构建首先由开发人员编写系统框架,并预先定义好系统的扩展接口。插件根据系统预定的插件接口编写扩展功能,实现对系统功能的独立扩展。实际应用中,插件都是以一个独立文件的形式出现。

采用插件的方式使系统具有如下特点:

(1)系统的扩展性大大地加强了。如果在系统发布后需要对系统进行扩充,就不必重新编译,只需要增加或修改插件。

(2)有利于模块化的开发方式。可以开发强大的插件管理系统,无需修改基本框架,仅仅使用插件就能构造出各种各样不同的系统。

所谓插件系统就是通过许多插件构成的系统,这是更高层次的插件式软件设计。在插件系统中,Eclipse插件系统是非常成功的插件框架结构。

插件系统的设计需考虑5个方面:

(1)扩展点

扩展点是插件插入的地方,也就是在设计插件系统时需要考虑插件在什么地方插入,如何插入。

(2)界面呈现及布局

插件在被加载后可以以菜单、状态栏、窗体等方式呈现,因此在设计插件系统时需要考虑以何种方式出现。同时插件呈现后还需要考虑插件的布局,即插件按照一定的布局放到整个系统的界面中。

(3)插件交互

对于复杂的插件系统,插件之间可以相互调用即形成父插件和子插件。插件之间的交互通过扩展点实现。父插件调用子插件实现的扩展点来触发子插件的动作。

(4)插件加载

这是插件系统中非常重要的过程。插件的加载都采用所谓的“延时加载”方式[14],即只有在调用执行动作的时候才会动态创建真实的插件对象。

(5)主框架

事实上无论哪种方式的插件系统都需要主框架来加载插件,只是说运行框架的规模大小。微内核的模式运行框架非常小,各个模块几乎都是用插件相互协同工作的。巨内核的主框架相对大,但结构更简单,实现起来容易一些。

本文提出的.Net平台的插件系统[15]主要由应用程序框架、插件接口、插件和公共函数库四部分组成。插件系统图如图1所示。

应用程序框架负责应用程序的整体运作,相当于整定计算系统的基本运行框架。

根据整定计算软件系统的特点,插件接口主要考虑保护新原理和新规则及新的保护装置的辅助定值等插件接口,所以对于整定计算系统而言,其插件接口不会很复杂。

插件是完成实际功能的实体,实现了要求的插件接口。在整定计算系统中,可以考虑设计装置级插件来专门完成辅助定值的计算和生成,完成特殊保护新算法的定值计算。

公共函数库是一组函数或者类,应用程序框架和插件都可以调用。由于尽管每种微机保护装置定值项有差异,保护原理有差异,但大多数的基本原理是相同的,因此将通用的保护算法放在一起则可形成通用定值计算系统,所有插件对于通用保护的定值只需调用通用定值计算系统的算法即可,而插件仅完成其特殊部分。

3 插件技术在发电厂整定计算系统应用

3.1 需解决的问题

发变组保护整定计算有和电网整定计算中一些不同特点,主要体现在:

(1)涉及的参数众多,包括设备参数、互感器参数、试验参数、运行及方式参数等。

(2)整定计算相对独立,涉及参数联系多。

(3)整定计算的各种整定配合参数较多,经验值整定较多,整定方法较为固定,应当提供足够灵活的整定参数。

(4)数据库系统应当和其它图模库等数据库统一考虑。

(5)各厂家保护差异较大,配置较灵活,应用插件技术应当考虑大多数共性。

针对发电厂整定计算的特点,插件系统应当考虑以下一些方面:

(1)插件式系统对通用计算的复用。

(2)插件系统对特殊故障的接口。

(3)保护配置信息。

(4)插件界面的显示问题。

(5)插件系统的加载和数据库的交互。

3.2 发电厂整定计算插件系统设计

针对发电厂整定计算的特点,本文提出通用整定计算系统配合装置插件构成的插件式发电厂整定计算系统。

(1)插件系统架构采用巨内核方式

在插件系统的基本架构上,考虑到整定计算系统中变化最大的部分是不断出现的新保护原理的计算方法、不同地区的不同的整定计算方式、不同厂家的微机保护装置的定值项和辅助定值的计算方式,因此应当根据这些特点来采用插件系统实现系统架构。采用微内核方式虽然灵活性更好,但考虑到用户的变化主要集中在这几个方面,用户进行插件扩展具有很大难度,因此本文采用巨内核的方式。当然为了尽量使系统灵活,这里的巨内核(主程序)并不大。

(2)插件接口设计主要考虑装置级定值和算法扩展

在插件接口上,主要针对扩展新的保护原理的整定计算和新保护装置辅助定值的计算进行考虑。根据具体需要也可以对需要进行扩展的部分提供接口,如特殊故障计算等。在设计时应考虑备用的功能接口,否则一旦编译后由于没有预先设计扩展接口,那么插件就会由于没有插入点而无法实现。这个问题的解决方法是在系统设计时应充分考虑可能的应用,或者设计通用接口,这样就可通过它来任意扩展插件了。

(3)保护装置插件设计

在插件设计上,本文插件以具体的保护装置为对象。每一种保护装置类型就是一个保护插件,对于发电厂配置的每套保护的整定计算和定值单的信息管理都通过加载对应的插件来实现。对于通用定值,通过通用发电厂整定计算系统进行计算,而特殊定值和辅助定值由插件进行计算和定值维护管理。由于装置级插件的定值由自身进行计算和管理,它和主程序之间是松耦合,这样在增加新的保护装置时其定值计算只需加载新的插件便可实现。而在插件开发上,通过合理的类设计进行插件复用,可最大程度的减少开发量。用户所做的仅是下载新的保护插件并自动安装配置,这样扩展了用户的业务。

(4)插件系统公用库设计

由于考虑到大多数电厂的保护基本配置很多是类似的,而且也有相应的一些国家标准。1999年出台的电力行业标准《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》是应用广泛的通用行业标准,以该导则为标准设计了一个通用发电厂整定计算类GExpert作为公用的通用计算模块。事实上完全可以考虑将该模块设计为一个插件系统,每种保护算法设计成子插件来构成,当然这需要考虑很好的接口和集成方案才能实现。

(5)插件的加载

插件的加载采用基于.NET的反射机制动态加载的方式,同时为了便于插件管理,提出了一个插件管理器Plugin Manager来进行插件的加载管理,如插件的查找、类型检查、实例化、卸载等。

(6)插件界面布局

在插件系统的呈现和布局上,本文采用了插件自带用户窗体的插件形式。由主程序提供一个放置插件的容器,通常是一个面板。布局上采用简单的页签方式便于用户查看装置级的每套保护的定值整定过程和定值数据及进行定值单的维护和管理。所有基于装置的定值计算功能均由插件来实现,这样使得整个巨内核方式的插件系统的运行框架非常简单,更容易进行扩展。在运行时,主框架仅需加载装置级插件并显示在设计好的容器里,调用通用电厂整定系统(也可以设计为插件)计算通用定值并将计算结果返回给插件,这样所有的定值计算和管理及维护均由插件实现,扩展就非常容易了,而不用对系统重新编译和升级。而且,装置级插件本身也可以设计成一个插件系统,如特殊定值计算插件、辅助定值插件、定值单管理插件等这些针对装置级的功能,即装置级插件由许多子插件构成,其灵活性和可扩展性将更好,软件复用性将更好。

(7)插件系统交互设计

如前所述,良好的插件系统需要考虑插件间、插件和主系统、插件和公用系统间的良好的交互问题。本文中由于插件系统设计简单,因此不存在插件和插件间的相互交互问题,但插件系统和主系统间有一定的交互,插件系统和公用系统(通用电厂整定计算模块)间有交互。它们之间的交互主要是数据的交换问题,即插件进行特殊算法计算和辅助定值等的计算需要相关设备一次二次参数,还可能需要网络的拓扑分析和故障量的计算,而计算完成后亦需要将定值保存或显示及打印,同时插件还需要调用定值计算系统来完成装置内的通用定值项的计算。

3.3 插件式电厂整定计算系统框架

按照上述提出的插件式整定计算系统框架包括了主程序(运行框架)、通用发电厂整定专家系统GExpert、发变组保护类GTRelay和其集合GTRelays、发电机保护类GRelay、变压器保护类TRelay、插件管理器Plugin Manager、装置级插件Plugin、发电厂整定计算数据库Relay DB、装置参数类Device Data、数据访问层Data Access Layer。

插件式发电厂整定计算系统基本架构图如图2所示。

4 结论

利用插件技术实现发电厂整定计算系统解决了长期以来系统对于保护新原理的整定和装置级定值的扩展无法很好实现的技术难点。本文提出的采用巨内核方式插件系统,采用通用整定系统配合装置级插件,通过插件管理器进行维护管理的模式,系统具有非常好的扩展性能。用户不需要进行系统的重新编译或升级,也不需要计算人员进行脚本编程,仅需添加插件进行扩展即可实现,使系统具有良好的可扩展性。

摘要：分析了各种整定计算软件系统的发展情况及特点,指出各自存在的局限性。探讨了基于插件式开发实现整定计算软件系统的优势,基于.Net平台的插件系统实现的方法。为克服传统整定计算系统的不足,将插件技术应用到整定计算系统设计中,提出通用电厂整定计算系统配合装置插件的系统方案,解决了系统扩展性和灵活性的问题。

整定技术论文 篇4

1、继电保护整定计算程序概述

目前，继电保护整定计算程序的设计都具有一定的针对性，或者是为了配合计算定值，或者是为了保护装置，如距离保护整定程序，这些程序设计的重点是为了保护算法。这些程序默认的装置程序认为，继电保护整定计算需要计算的定值和计算这些定值时所有涉及待的数据时可以确定的，而程序的保护装置的定值的算法则相对简单，但由于需要针对不同的保护装置进行不同的开发，这种配合定值的算法则相对复杂。从根本上来讲，配合定值的算法之所以复杂，其原因是无法确定具体的配合方法。配合方法一旦确定，配合定值的计算与保护装置定值的计算的过程基本是一致的。在目前的程序应用中，通常采用算法的复杂化或者算法的智能化实现对配合定值的计算。尽管目前对配合定值的计算取得一定成就，但是这种算法仅适用于特点的地区或者特定的电网或者特定的继电保护装置。如果想实现继电保护整定计算程序能够按照用户的需求设计具有针对性的保护装置的定值，则必须开发具有用户特征，或者用户自己开发的继电保护整定计算程序。另外，如果这种程序可以适用于不具有程序编程经验的用户，用户仅需要了解自己所需的定值的算法就可以得到自己想要的继电保护整定计算程序，将会大大推进程序的实用化进程和通用化进程。

2、继电保护整定计算程序

一个具有实用性和通用性的继电保护整定计算程序应该包括以下几个模块。

2.1网络拓扑结构管理模块。由于专业性质的限制，在继电保护整定计算的过程中，图形辅助是必不可少的内容，这就使得网络拓扑结构管理模式必须向图形化转变，而且这种转变已经得到广泛的确认和认可。网络拓扑结构图形化趋势可以将电力系统网络进行拓扑的简单化处理并向用户提供，此外还可以为用户提供一些管理工具和图形操作工具。通过同行操作系统，用户可以迅速实现对电力系统拓扑结构图的绘制、修改。另外，用户在完成图形的编辑后还可以实现系统参数的录入并进行保存。

2.2网络参数管理模块。该模块的主要功能是管理电力系统的设备的参数，如电阻参数、电抗参数等。另外，该模块还要管理配合定值，实现对中间结果的计算。为降低用户使用出错率，减少数据的损失，该模块也实现多样化的输入方式的并存，并保证数据的一致性。最后，该模块还具有数据检查、数据导入、数据导出、数据检索、报表等功能。

2.3故障计算模块。任何程序都可能存在故障，为降低故障的发生率，因而故障计算模块就成为程序的重要组成部分。在继电保护整定计算程序中，故障计算模块承担着两方面的作用；首先是作为独立的功能模块，为整个程序提供故障分析；其次是作为整个程序的一部分，为整个程序进行整定计算。故障计算模块一般具有强大的故障处理能力，可以处理各种复杂的或者简单的故障，如单线接地、跨线障碍。另外，故障计算模块还可以自由制定故障点、自由识别故障类型。但是如果是作为整定计算的故障模块，由于需要大批量地处理相关故障数据，因此其模塊的设计要求相对较高。

2.4整定计算模块。该模块的主要功能是计算继电保护整定计算程序的保护装置所需的各种定值，计算完成后要形成定值通知单。根据功能进行分类，整定计算包括组合运行方式，计算阶段式保护配合，计算保护装置的定值和形成定值通知单几个部分。组合运行方式是继电保护整定计算程序的基础，是确保各种保护正常运行的主要方式。计算阶段式保护配合，计算保护装置的定值的计算过程和运算原理基本一致，仅是计算的定值有所不同。形成定值通知单是整定计算的最后过程，其主要目的是对定值所涉及到的人员进行定值的进行保护性更改，并对定值进行备份处理。整点计算模块的计算模式多采用自动计算模式，但是也可以采用人工计算方式。在一定情况下，为保障计算结果的准确性及可行性，可以采取两种计算方法相互配合的方式完成定值的计算。

2.5附加功能模块。该模块的主要作用是为用户提供一些附加的辅助功能，如形成抗阻图、定值计划书、数据的导入和数据的输出等。一般来讲，继电保护整定计算程序的用户分为两种，一种是最终用户，最终用户是程序所开发的功能的使用者；一种是开发用户，这类用户使用程序而创建其他的新的应用。因此，应该设定附加功能模块，满足不同的用户的需求。

3、基于继电保护整定计算程序的计算软件

基于继电保护整定计算程序，用户可以根据自己的实际需求开发适合自己的继电保护整定计算程序，这样就可以使继电保护整定计算程序的计算和管理满足各种不同的用户的需求。一般来讲，电保护整定计算程序的计算和管理的解决方案分为两个层次，即平台层和应用层，两种层次构成一种栈式结构，两层之间是一种单向的依赖关系，依赖循序为自上而下，不同层次的设计人员仅解决和关注自己层面出现的问题。平台层的职责是为应用层的计算工作和管理工作提供全方位的支持，因此平台层的设计人员均具有较强的计算机知识。应用层的设计人员均是程序的运行人员，具有丰富的工作经验，尽管其缺乏专业的计算机知识，但是在平台层及语法规则的有力支撑下，还是可以设计具有强大功能的软件。基于继电保护整定计算程序并的主要功能并不是仅仅计算保护定值，而是一个支持用户构建自己的继电保护整定计算程序的程序，这个程序应该可以满足通用性研究提出的各种问题，同时还应该满足实用性研究提出各种问题，用户可以在此基础上实现各自的定值计算和定值管理。

4、定值整定方案的设定

4.1接地、相间距离I段的设定：该定值整定的设定方式按照全部电网电抗的80%进行，即：ZzdI=0.8×Z1，其中T1=0S。如果电力系统的终端线路较粗，且保线路全长，并深入到负荷侧电力系统主变抗阻的1/8处，则：ZzdI=Z1+1/8×Zt，其中T1=0S。

4.2接地、相间距离Ⅱ段：如果保线路全线的灵敏度：K2m≥1.6，即：ZdzⅡ=K2m*Z1，T2≤0.5S。如果电力系统的终端线路较粗，且保线路全长，并深入到负荷侧电力系统主变抗阻的1/3处，即：ZzdⅡ=Z1+1/3×Zt，T2≤0.5S。

4.3接地、相间距离Щ段：躲线路的最大负荷电流为：

4.4零序电流I段：如果躲线路末端发生故障，则：I0I=Kk×305max，305max为线路末端故障时的最大零序电流，Kk=1.2。

4.5零序电流Ⅱ段：保证线末发生故障灵敏系数，即：Idz0II=305.min/Klm，T2≤0.5S（Klm≥1.3）。若按Klm=1.3计算出的定值不利于与上级线路或220kV变压器零序配合，可提高Klm。

5、结束语

在目前继电保护整定计算和管理工作中，其程序可以快速地实现整定计算，数据管理，并可以迅速、准确地完成电力系统电网参数的管理，实现保护装置的管理，实现保护定值的管理等。这些措施明显地提高了电力系统的整体运营水平，提高了整定人员的整体工作效率和工作能力，保证了电力系统电网生产的安全化和电网管理的现代化。

整定技术论文 篇5

输电线的纵联保护是利用某种通信通道将输电线路两侧的保护装置纵向连接起来, 将两侧的电气量传送到对侧进行比较, 以判断故障是在线路范围内还是在线路范围之外, 从而有选择地快速切出全线故障的一种保护装置, 是线路的主保护。由于它可以实现全线速动, 具有绝对的选择性, 充分满足继电保护“四性”的要求, 其缺点是不能作为相邻线路的后备保护。目前湖南省网220kV线路均配置利用两端电气的纵联保护和利用单端电气量的后备保护, 以充分发挥两者的优点。

湖南电网220kV线路主保护均为闭锁式纵联高频保护和光纤纵联电流差动保护。这里主要介绍这2种保护的原理和整定时应该注意的一些问题。

1 闭锁式纵联高频保护

闭锁式纵联高频保护由起动元件、保护方向元件配合收发信机进行工作。在通道中传送的是闭锁信号, 当两侧中任一侧收到闭锁信号时保护不动作于跳闸, 因此闭锁式保护若要动作出口的必要条件是收不到闭锁信号。起动元件动作后, 收信8ms后才允许正方向元件投入工作, 反方向元件不动作, 纵联变化量元件或纵联零序元件任一动作时, 停止发信;当本装置其它保护 (如工频变化量阻抗、零序延时段、距离保护) 动作, 立即停止发信, 并在跳闸信号返回后, 停信展宽150ms。但是外部保护 (如母差保护) 动作跳闸时, 立即停止发信, 并在跳闸信号返回后, 停信展宽150ms。停信的4个条件是:高定值的起动元件起动;反方向元件不动作;曾连续收到8ms的高频信号;正方向元件动作。发跳闸命令的条件:停信、收发信机没有收到高频信号满8ms。

2 光纤电流差动保护

电流差动保护是比较被保护线路两侧工频电流相位的纵联保护。当两侧故障电流相位相同时保护被闭锁, 两侧电流相位相反时保护动作跳闸。

2.1 电容电流的影响

由于电容电流是从线路内部流出的电流, 它构成动作电流。负荷电流是穿越性的电流, 它只产生制动电流。所以对长距离输电线路, 线路分布电容比较大, 在空载或轻载下最容易造成保护误动, 因此对于较长的输电线路, 为提高经大过渡电阻故障时的灵敏度, 需进行电容电流补偿。电容电流补偿由下式计算而得:

UMф、UNф、UM0、UN0为本侧、对侧的相、零序电压;XC1、XC 0为线路全长的正序和零序容抗;

按上式计算的电容电流对于正常运行和区外故障都能给予较好的补偿。对于较短的线路, 电容电流很小, 差动保护无需电容电流补偿功能即可满足灵敏度的要求, 可通过控制字“电流补偿”将电容电流补偿功能退出。

2.2 TA断线的影响

TA断线瞬间, 断线侧的启动元件和差动继电器可能动作, 但对侧的启动元件不动作, 不会向本侧发差动保护动作信号, 从而保证纵联差动不会误动。非断线侧经延时后报“长期有差流”, 与TA断线作同样处理。

TA断线时发生故障或系统扰动导致启动元件动作, 若控制字“TA断线闭锁差动”整定为“1”, 则闭锁电流差动保护;若控制字“TA断线闭锁差动”整定为“0”, 且该相差流大于“TA断线差流定值” (整定值) , 仍开放电流差动保护。

2.3 不同步采样的影响

不同步采样造成线路两侧电流值不等, 产生动作电流, 在一定条件下可能由于区外故障导致保护误动。对这类影响一般采用时刻调整法, 即同步端将采用时刻作多次小步幅调整, 逐渐逼近参考端, 最终达到两侧同步采用。两侧装置采用同步的前提条件为通道单向最大传输时延不大于15ms。

3 不同通道方式对保护的影响

(1) 采用专用光纤方式。其优点是通道连接简单, 不需中间转换环节, 可靠性高。其缺点是:保护装置的光端机发光功率受限制, 传输距离受限制, 一般以50km为限;当专用光纤传输距离超过80km时, 需配用激光器件。受光缆故障影响大, 不能自动切换;当仅有的一根光缆故障且不易恢复时, 保护会长时间退出运行, 直到通道恢复。

(2) 采用64kbit/s复用连接方式。其优点是可利用现有通信网进行信号传输, 传输距离远。其缺点是通道连接最复杂, 本侧保护信号需经光电转换设备、脉冲编码调制PCM (pulse code modulation) 设备、同步数字系列SDH (Synchronous Digital Hierarchy) 设备进入光纤通讯网, 再由光纤通讯网经对侧SDH设备、PCM设备、光电转换设备到达对侧保护装置, 中间转换环节多, 通道可靠性较低。

(3) 采用2Mbit/s复用连接方式, 通道连接较64kbit/s复用连接方式少了PCM设备环节。其优点是传输距离远, 传输速率高, 可靠性较64kbit/s复用方式大为提高, 能充分利用SDH光纤自愈网的自愈功能, 抗光缆故障能力强。

(4) 双通道2Mbit/s都复用的连接方式。其优点是相当于有2套差动保护在同时工作, 均采用2Mbit/s通道, 可靠性又较单通道2Mbit/s复用方式高。双通道2Mbit/s通讯接口可灵活采用专用光纤, 复用2Mbit/s方式, 具备双通道冗余功能, 也可工作于单通道方式。其缺点是每侧增加1套光电转换设备, 保护装置增加l套2Mbit/s通讯接口。

4 保护整定若干问题分析

4.1 突变量启动电流

电流突变量启动是作为程序总启动和各个中央处理单元电流启动的, 须按躲过正常负荷电流波动最大值整定。目前湖南电网整定该值时是在保证线末故障有4倍灵敏度的条件下, 以线路两侧0.1倍的TA二次额定电流对应的一次电流中大者为定值, 且必须保证线路两侧定值一致, 保护中每个CPU的突变量启动电流定值应整定相同。对整定时出现的灵敏度不够的情况须在年度方式中备案。举例来说若线路A侧TA为1200/1, B侧TA为1500/1, 则突变量启动电流定值一般取一次电流150A, B侧定值 (二次值) 整定为0.1A, A侧整定为0.125A。

4.2 零序启动电流

有些装置又称为零序辅助启动电流, 这种电流启动方式是保护启动元件的另一种方式, 零序启动元件在线路经过渡大电阻接地短路且突变量启动元件灵敏度不够时作为辅助保护装置启动, 启动电流值按躲过最大零序不平衡电流整定。目前湖南电网整定该值时是在保证线路末接地故障有2倍灵敏度的条件下, 以线路两侧0.1倍的TA二次额定电流对应的一次电流中大者为定值, 且必须保证线路两侧定值一致, 对整定时出现的灵敏度不够的情况须在年度方式中备案。零序启动电流定值必须小于纵联零序方向电流值, 保护中每个CPU的零序启动电流定值应整定相同。

4.3 纵联零序方向电流

纵联零序方向电流值是作为纵联零序停信值, 按躲过最大负荷时不平衡电流整定, 保证高阻接地故障时有灵敏度。目前湖南电网按零序启动电流的1.4倍取值, 也必须保证线路两侧定值一致。

4.4 纵联距离阻抗定值XDZ

目前湖南电网对该值的整定主要有以下2个条件:

(1) 保证线末故障有2倍灵敏度。

(2) 按线路阻抗 (ZL) 的大小, 给出不同的推荐值:ZL≤10欧, XDZ≥30欧;10欧<ZL≤20欧, XDZ≥50欧;20欧<ZL≤40欧, XDZ≥60欧;ZL>40欧, XDZ≥1.5ZL。

4.5 TA变比补偿系数KTA

在光纤差动保护中, 都会引入“TA变比补偿系数”这个定值, 以避免由于线路两侧TA变比不同引起不平衡电流, 使保护误动。此定值根据各厂家装置制造的原理不同而整定方法也有所不同。当线路两侧TA变比相同时, 两侧保护的KTA均为1.0;当线路两侧TA变比不同时, 两侧保护的KTA的整定方法按不同厂家的保护装置归纳分为以下3种情况:

(1) 两侧KTA都为本侧TA与对侧TA变比之比值, 与TA二次额定电流无关, 例如型号为LFP-931, CSL-103的保护装置。

(2) 将TA电流一次值大的一侧KTA整定为1, 另一侧KTA整定为本侧TA电流一次额定值与对侧TA电流一次额定值之比值, 例如型号为RCS-931、CSC-103的保护装置。

(3) 两侧KTA都为对侧TA电流一次额定值与本侧TA电流一次额定值之比值, 例如型号为PSL-603的保护装置。

4.6 通道方式

RCS931系列保护装置采用同步通信方式。差动保护装置发送和接收数据采用各自的时钟, 分别为发送时钟和接收时钟。保护装置的接收时钟固定从接收码流中提取, 保证接收过程中没有无码和滑码产生。发送时钟可以有2种方式, 一种采用内部晶振时钟, 称为内时钟 (主时钟) ;另一种采用接收时钟作为发送时钟, 称为外时钟 (从时钟) 。两侧保护装置的运行方式均采用从时钟方式、主时钟方式或一侧装置采用主时钟方式, 另一侧装置采用从时钟 (不推荐采用) 方式。对于不同的通道方式, 两侧保护装置的整定内容不同。

(1) 采用专用光纤方式, 两侧保护装置的“专用光纤 (内部时钟) ”控制字都整定成“1”, 即两装置都采用内时钟 (主时钟) 方式。

(2) 采用64kbit/s复用方式。若两侧PCM直相连, 则PCM设备一侧选主时钟, 另一侧选从时钟;若两侧PCM设备经SDH数字通信网连接, SDH设备中的2Mbit/s通道“重定时”功能关闭时 (湖南电网220kV线路保护通信通道中该功能是关的) , PCM设备一侧选主时钟, 另一侧选从时钟;SDH设备中的2Mbit/s通道“重定时”功能打开时, PCM设备两侧均选从时钟。

(3) 采用2Mbit/s复用方式, 当保护信息直接通过同轴电缆接入SDH设备的2Mbit/s板卡时, SDH设备中的2Mbit/s通道“重定时”功能关闭时, 两侧保护装置均选主时钟 (推荐采用此方式) ;若SDH设备中的2Mbit/s通道“重定时”能打开时, 两侧保护装置均选从时钟。当保护通过2M通道切换装置接入SDH设备2Mbit/s板卡时, 两侧保护装置的“专用光纤 (内部时钟) ”控制字整定需与其他厂家的设备配合。

5 结束语

光纤电流差动保护的工作原理不同于闭锁式纵联高频保护, 光纤电流差动保护相比闭锁式纵联保护有着明显的优点:原理简单、整定简单、保护可靠, 采用分相电流计算差电流, 具有天然的选相功能。但因光纤差动保护对光纤通道的高度依赖, 使得保护专业人员必须加强对通信知识的掌握和了解, 否则很容易导致整定计算过程中出现差错。而且随着智能化变电站的不断推广, 其保护装置中也融合了很多计算机网络方面的概念和知识, 因此加强保护专业人员对通信、计算机网络等相关专业知识的培训显得越来越重要。

整定技术论文 篇6

关键词：供配电系统,继电保护,整定技术,技术探讨

在我国新能源没有完全应用的前提下, 原有电力能源的供配电系统进行相应的继电保护整定技术应用显得尤为重要, 尤其是电力能源的供配电系统, 更能促进电力供配电系统的整定技术的发展, 完善电力工程整定机构框架的设定。根据我国电网的统计显示, 电力在供配电中的的继电保护可以为电网节约更多的电力成本。但是, 由于继电保护措施的实际操作性不高, 在继电保护整定技术的应用中, 会引起大规模区域停电, 给用户的生活生产带来极大的不便, 因此, 在应用智能电网的供配电系统时, 应当根据整个智能电网的分布情况, 严格计算电网的短路电流, 并且不断的修复计算中产生的误差值, 保证整定值的准确性, 从而有效的的预防在供配电设备中的安全因素, 所以说, 在智能电网的供配电保护系统中, 利用人工智能的电网继电保护技术可以有力的保证用电设备的安全使用。

1 智能电网供配电系统继电保护技术的整定计算

在整定技术的模块计算中, 主要包括CPU模块、电力设备技术参数的数据库、整定技术、电网拓扑模块、参数数据库模块、ODBC接口模块以及驱动、输入、输出模块等, 这些的模块的需要进一步详细分析, 确保整定计算的准确性、正确度:

1.1 CPU模块分析

CPU模块是整个供配电系统继电保护的核心, 在CPU模块的运转中, 由于该模块部分通过接口位置对供电系统进行识别, 并根据识别的各个技术参数, 进行有意识的筛选, 根据筛选的结果, 按照具体的运行规则进行技术处理, 以保证CPU模块的正常运行。

1.2 参数数据信息库模块分析

对整个整定过程的分析后, 将分析后得出的数据进行有计划的编制, 形成比较完整的数据信息库, 这个数据信息库中的参数包括整定技术参数、电缆技术参数、以及智能电网供配电系统中的短路电流计算等等, 将这些数据编制存储之后, 可以在一次网络或者二次网络中使用, 根据数据需要情况的不同, 对参数数据信息库进行数据筛选, 以满足供配电系统设备安装运行的需要, 同时保证参数数据信息库更新数据的及时性。

1.3 整定计算模块分析

根据供配电系统图制的整定形式不同, 整定计算方式多采用自动的计算方式, 根据各部件筛选的技术参数应用于用电设备。然后, 其他的不需要按照图形进行计算完成的, 应当在整定计算机中处理完成。为了达到减少误差的目的, 整个整定的计算几乎没哟人工的干预, 都是通过参数数据库、短路电流的数据信息储备库等进行整定自动化计算, 此外, 还有半自动化和人工两种整定计算方式, 在半自动的方式下, 就是利用人工的指定配点参数数据进行核对, 后续的工作交给计算机完成, 在人工方整定计算的方式下, 根据网络界面的数据储存, 进行问答式计算, 在人工计算系统的过程中, 会将每一步的计算结果呈现在网络界面中, 如果出现异常, 也由人工进行调整。

1.4 电网拓扑图模块分析

在整个供配电系统中, 这个电网拓扑网模块是智能电网供配电系统中, 最动态的电网绘图表现工具, 根据系统绘图的需要, 可以有效的从该模块的电子绘图软件中将全屏动态的变动, 为了保证绘图的形象性, 应当将线路、断路器和变压器进行绘制, 并在绘制中形成了完善的电网拓扑图模块的结构, 同时在该结构中, 对一次网络和二次网络进行绘制。因此, 在电网拓扑网模块中, 设定的嵌入型数据库在整个整定方案中, 从而有利于整定方案的计算, 另外, 该模块的也将成为用户的交互使用界面。为制定整定方案做好数据界面准备。

1.5 整定规则模块分析

在整个供配电网络系统构造中, 整定规则模块是很有必要进行分析的, 在这个模块的计算运行中, 可能会影响整个整定计算, 因此要分析影响该模块的各个因素, 根据各影响因素的不同, 不断更新总结在整定计算方案中, 形成比较标准化的、科学合理的整定方案规划, 同时优化各种数据计算、处理程序, 逐渐深化到整定计算的数据库中, 在完全独立的整定计算数据库中, 可以将各个程序的数据计算程序单独运算, 进一步完善数据信息库的参数数据, 另外, 在智能电网的供配电系统中, 对于电网短路电流的计算可以有效的设立计算方案, 计算出继电保护的变压器电流值。

1.6 ODBC接口模块分析

在该模板的分析中, 主要是开放数据信息库综合吸收了参数数据、短路电流数据值以及网络拓扑结构参数值等, 丰富了数据库的内容, 逐步完善相关的数据计算步骤。

1.7 驱动模块和输入/输出模块分析

这两个模块的作用主要是为智能电网的继电保护提供动力和路径支持, 为在整个系统的驱动所需的技术参数进行有效筛选, 将有效的、最新的数据信息显示在网络界面上。

2 继电保护整定技术软件的选择

一个继电保护整定技术工程系统, 本身是否设计合理科学, 运行中是否能保证技术的实施, 是其整定技术软件的选择最为关键。因此, 继电保护整定技术软件选择必须认真对待, 精心对比, 在技术软件应用的一开始就做好充分准备。并且, 随着整定技术的进一步发展, 新产品、新工艺、新技术还将层出不穷, 未来的整定技术将更能满足继电保护的要求。在智能电网供配电系统的继电保护整定技术运用中, 对于技术软件的设计方案: (1) 应详细了解应用技术软件的供配电系统的特点、运行性能, 可靠了解继电保护的目的及技术应用的的详细步骤。 (2) 要明确各个正定技术软件的有关数据参数是否符合行业及地区要求标准。除特例外尽量不超规格设计 (包括技术水平、设备水平、应用标准等) , 从技术软件应用着手, 牢固树立技术应用的目标。 (3) 根据使用要求和技术应用方式, 确定整个供配电系统的技术软件操作方式, 保证切实可行、简便易操作, 才能取得良好的整定计算效果。另外技术软件要考虑现实施工的影响, 在满足应用规范的前提下, 便于使用, 并能节约电力成本, 提高电力继电保护的效率。

3 智能电网供配电系统继电保护整定技术的应用措施

3.1 选用合适的电动机

合适的电动机对于供配电系统下继电保护整定具有重要影响, 主要有两方面的要求: (1) 在选用电动机时, 要尽量选择高效的电动机。高效电动机与普通电动机相比, 优化了总体设计, 选用了高质量的铜绕组和硅钢片, 效率可以提高2~7%。因此用高效电动机可以极大的提高继电保护整定技术的应用。 (2) 要尽量提高功率因数, 增加积淀保护的安全性。功率因数等于有功功率与视在功率之比, 通常, 功率因数低, 会造成电流过大, 对于一个给定的负荷, 当供电电压一定时, 则功率因数越低, 电流就越大, 对继电保护产生不利影响。因此功率因数尽量的高, 以提高安全性。

3.2 供配电系统尽可能选用低压电器

在智能电网供配电系统继电保护整定技术的应用中, 应当尽可能的选用低压电器, 这是也是降低电能耗损的一个选择, 而且随着低压电器的智能化、网络化、数字化是未来发展方向, 将会对整体整定技术方案提出了更高要求。可以说, 低压电器正在向光伏发电逆变器、新能源控制与保护系统、分布式能源、储能设备、直流开关电器设备等领域发展, 这对于智能电网供配电系统继电保护整定技术的应用提供了有力的设备支持。

3.3 合理设定供配电的电压值

对于供配电的电压值的设定上, 首先要考虑到继电保护整定技术应用的应用情况, 包括技术软件参数、模块的运转情况等, 在明确这些内容之后, 再决定供配电电压值的大小, 在相应的供配电系统整定技术应用中, 一方面要规划好各个模块的运行情况, 另一方面要明确继电保护整定技术软件的电压值。这样, 才能在供配电系统继电保护技术应用规划中, 做好相应的技术软件运行规划。

4 结束语

智能电网中智能电网的供配电系统继电保护整定技术措施, 不仅可以提高供电效率和安全性能, 而是还包含多项技术的新理念、新技术的综合性应用。同时, 在整定技术的应用中, 既要科学合理的技术应用, 又要实用技术应用安全, 这是现代智能电网供配电系统继电保护所需要的。因此, 整个电力工程供配电系统继电保护整定技术的应用措施是智能电网供配电系统规划设计中重要的组成部分之一, 它可以使整体电力工程供配电系统运行的更加科学、合理、安全, 也为电力工程供配电系统未来实现全面智能化运转打了坚实的基础。

参考文献

[1]郝文斌, 洪行旅.智能电网地区继电保护定值整定系统关键技术研究[J].电力系统保护与控制, 2011 (2) :80~82, 87.

[2]何宏华.基于智能电网的供配电系统继电保护整定技术研究[J].煤炭技术, 2014 (33) :279~280.

整定技术论文 篇7

电网的主要功能是承担电能的传输和分配，分为高压电网和低压电网。高压电网承担着电能的传输，出于经济性、可靠性、稳定性的要求，高压电网追求“大而密”，呈现密集的环网形状。从系统稳定性要求，高压电网的故障必须做到快速切除，所以继电保护是按照2套独立的全线快速保护配置。低压环网承担着电能的分配，向用户供电，其继电保护的配置是以单侧电气量为原理的保护构成的，无法从原理上明确地区分本线路末端与相邻线出口处的故障，不能做到全线速动。对于环网型电网整定计算，单侧电气量的保护难以满足要求，所以低压电网从规程上要求不能出现环网运行方式。但是在实际工作中，由于方式或供电可靠性等原因，经常出现环网运行方式，对继电保护产生很大影响。

1 单侧电气量保护的配置原理

单侧电气量的保护是利用保护安装处的电气量判断故障位置的远近。根据的电气量可构成电流保护、距离保护、零序电流保护等。显然，单侧电气量的保护无法明确的区分本线路末端与相邻线出口处的故障，因为这2点的电气距离很近，几乎就是1点。

为此，整定速断保护(也称I段)时为确保选择性，按躲开本线路末端故障整定。本质上是以牺牲保护范围来换取选择性。为了对全线提供保护，需要配置延时速断保护(也称II段)用于保护线路全长。由于要能够做到可靠保护线路全长，II段需伸到相邻线路。为保证选择性，II断需加延时，并且电气量定值的整定按与相邻线I段保护配合整定，即保护范围不能超过相邻线I段保护范围。这样I段、II段共同够成了一条线路的主保护。

从保护可靠性的要求出发，对任意一个保护对象，要求能够具有2个完全独立的保护。所以，单侧量的保护还需再配置一个灵敏的、用于提供后备作用的III断保护。为了III段具备远后备，电气量定值一般按正常运行可能出现的最大负荷整定，这使得III段保护范围很远，其动作时限须按“阶梯原则”整定。

可以得出这样一个结论，单侧电气量保护是以阶段式原理构成的。对于辐射型电网，这种保护可以较好地满足“选择性”、“灵敏性”、“速动性”、“可靠性”要求。

2 单侧电气量保护在双侧电源网络的应用

很多情况下，电网虽然不是环网，但对于某些线路两侧都有电源，如图1所示。

单侧电气量保护在双侧电源网络的应用时，如果不考虑加装方向元件，将会出现难以解决的问题。下面以电流保护为例讨论。

(1)在整定保护3的I段时，按道理保护3的保护对象是X L 2, I段的整定原则应为躲X L 2末端故障。但是当反方向保护2的出口处故障时，N侧电源提供的短路电流将流过保护3，由于I段无时限，为保证选择性，其定值必须要同时考虑躲开这时流过的反向电流。如果保护2出口处故障电流比保护3出口处故障的故障电流还要大，则保护3的I段没有保护范围，成为无用的摆设。

(2)一般情况下，保护的III段按照躲最大负荷电流整定，每个保护的III段的动作时限应按阶梯原则整定。当故障发生在X L 3时，保护1、2、3、4、5将流过由M侧电源提供的同一个短路电流，各保护III段电流元件均启动，为保证选择性，要求保护1、2、3、4、5依次按照阶梯整定，即本保护III段动作时限比下一级III段大一个时间级差。比如，保护2的III段动作时限比保护3的III段大一个时间级差。但是当故障发生在X L 1时，保护2、3、4、5、6将流过由N侧电源提供的同一个短路电流，这时，保护2成为保护3的下一级，又要求保护3的III段动作时限比保护2的III段大一个时间级差，出现矛盾。

对于这种情况，解决的办法是加装方向元件，即每个保护加装与自身保护方向相一致的方向元件。只有当故障方向是在正方向，保护才出口跳闸，而不必考虑反方向的故障情况。这样保护1、3、5和保护2、4、6就完全等同于单侧电源的情况，可以很好地解决上述问题。

对于距离保护，无需考虑专门的方向元件，因为其动作特性本身可选择是否带有方向性。对于电流保护和零序电流保护则需要引入电压，构成专门的方向元件。

3 单侧电气量保护在环网中的应用

对于环网，单侧电气量保护即使加装方向元件，仍然会出现问题，比如一个简单的环网如图2所示。

假设所有保护均具有方向性，下面分别讨论三段式保护各段保护的整定。

3.1 阶段式保护I段

加装方向元件后，I断保护的整定只需考虑躲开本线路对侧末端的故障，与辐射型电网I段的整定一致，但需注意考虑运行方式的影响。

(1)距离保护I段，由于的电气量是测量阻抗，从原理上可保证完全不受运行方式的影响。

(2)电流保护I段，电流保护的电气量是保护安装处的相电流，I段整定应按躲线路末端最大短路电流。故障类型毫无疑问应当考虑三相短路。此外还应考虑何种方式下短路电流最大，以图2保护1为例，应考虑X L 3断开，且M侧系统和P侧系统为大方式。

校验I段保护最小保护范围时，需计算最小短路电流。在环网中，最小短路电流究竟是开环方式还是闭环方式，需首先计算在环网方式下保护1正方向上故障时，X L 2上的短路电流的方向是从M流向P，还是从P流向M，如果是前者，则取闭环方式;如果是后者，则取X L 2断开方式。

(3)零序电流保护I段，零序电流保护的电气量是保护安装处的零序电流，专门针对接地故障的保护。整定零序I断，需计算末端接地故障的最大零序电流，要考虑的因素很多，情况比较复杂。

保护安装处的零序电流的大小取决于：首先故障点的零序电流最大，其次向保护安装处分配最大。显然这2种情况是矛盾的，因为为使故障点零序电流最大，应选取全系统正序大方式和零序大方式;但是从保护安装处零序电流分配最大的角度，应选取保护背后零序大方式、对侧零序小方式。究竟这2种情况哪种情况使得保护安装处零序电流更大，直观上无法判断，需要分别计算，从结果上比较选取。而对于环网，情况更加复杂，保护背后和保护对侧也无从谈起，所以一般的做法是分别考虑正序方式和零序方式(接地方式)，在系统大方式和系统小方式下保护对侧轮检和保护背后轮检，从计算结果中选取。通过人工计算穷尽各种方式来获取合理的最大零序电流是不可能的，现实的办法是采用软件计算，不仅可以得到最大，而且也可以得到最小。

方式确定后，根据故障点的综合等值正序阻抗与零序阻抗的大小，选取采用那种接地故障类型。

3.2 阶段式保护II段

II段保护是作为I段保护的补充，用于保护线路全长，也是主保护之一。为做到可靠保护线路全长，应满足规程规定的灵敏度;同时为保证选择性，其保护范围不能超出相邻线I段的保护范围。当两者出现矛盾时，应改为与相邻线II段配合。

(1)相继动作：不同于辐射型电网，环网中与相邻线I段配合灵敏度不满足要求时，如果满足“相继动作”也是可行的。以图2中保护1为例，II段灵敏度在环网方式下不够，当X L 1末端故障，II段不动作，但当保护2的I段动作跳开断路器后环网变为开环，保护2流过的短路电流增大，II段动作切除故障。

(2)分支(助增)系数的计算：由于相邻元件的分支或助增的影响，II段整定和校验都需要考虑分支(助增)系数，而分支(助增)系数受运行方式变化影响非常大。分支系数的定义是在相邻线故障时本线路流过的电流与被配合的相邻线流过的电流比值，助增系数是分支系数的倒数。不同原理的保护，分支系数和助增系数含义不同。电流保护对应于正序分支系数，相间距离保护对应对于正序助增系数，零序电流保护对应于零序分支系数，接地距离对应于正序助增系数或零序助增系数。辐射型电网或者双侧电源电网，分支(助增)系数的计算较为简单。环网情况较为复杂，下面分几种情况讨论。

环内对环内配合，可以图2保护1对保护3配合为例。在环网中，分支系数的大小与故障点的远近有关。从原理上讲，故障点应选在相邻线I段保护范围末端。但这样做使得问题复杂化，距离保护I段的保护范围末端是固定的，而电流保护和零序电流保护I段的保护范围末端是变化的。所以工程上的做法是统一把故障点选在相邻线末端，方式要分别考虑开环和闭环的情况。开环方式是断开X L 2，计算与双侧电源情况一样，此处不做赘述;闭环方式首先要确定在母线P故障时X L 1线路的电流方向，如果电流方向是从N流向M，则说明保护1对保护3不存在配合关系，不应再考虑闭环情况。如果电流方向是从M流向N，则通过计算，再与开环方式的结果比较，决定选取是那种方式。

与环内对环内配合一样，环外对环内或环内对环外配合的计算均是穷尽各种可能的方式，通过计算结果来选取。主要是考察开环和闭环方式，在闭环方式下，尤其要注意本线路电流方向与被配合线路的电流方向是否一致。

(3)距离保护根据的故障类型分为相间距离保护和接地距离保护，距离I段是完全不受运行方式的影响。II段保护由于助增系数的缘故，实际上是受运行方式变化的影响的，但总的来说还是比电流保护和零序电流保护受运行方式变化的影响小。

接地距离的测量阻抗是利用母线处的相电压和带零序电流补偿的相电流计算获得的。对相邻线上的故障，测量阻抗由于受零序电流补偿系数不一致以及正序及零序助增的影响，测量阻抗并不是简单的本线路全长阻抗再加上相邻线路的短路阻抗，所以接地距离II段的应用尤其要小心。而在环网中，运行方式组合多，情况更加复杂，人工计算几乎不可能。很多现场运行单位往往只使用接地距离I段，退出II段。

提出采用专用软件“测量法”来解决这个问题。在专用整定软件中，不论什么样的电网、什么样的运行方式，发生故障后，软件提供了用保护安装处的相电压和带零序电流补偿的相电流来计算保护安装处的接地测量阻抗功能。采用直接在相邻线I段保护范围末端设故障，用软件的计算测量阻抗功能得到本线路保护的测量阻抗，这个阻抗再乘一个可靠系数就得到了本保护II段定值。如果说原来不知道接地距离测量是多少，无法判别是否出现II段“超越”，现在可以通过软件计算，为用户提供真实的接地故障时接地距离的测量阻抗，以此为依据进行整定计算，可以确保定值整定的正确性。

3.3 阶段式保护III段

阶段式保护III段的作用是为本地及相邻线路提供后备。由于要保证远后备，希望其保护范围尽可能大。一般电气量定值的整定原则是按躲负荷整定，时间定值按照“阶梯”原则整定。正是由于时间定值的阶梯原则，即使保护具有方向性，在环网也将出现时间定值的“死循环”现象。如图2所示，保护1、3、5、间的III段时间定值形成“死循环”，同理保护2、4、6间也是如此。

显然，在环网中，不能再选择按躲负荷和时间阶梯的整定原则，究其原因是因为电气量定值按躲负荷整定使得保护范围无限加大，无论多远的故障，保护流过的毕竟是短路电流，保护能够启动。为保证选择性，各III段保护动作时间必须按照阶梯原则整定。

解决问题的方法是：III段电气量定值统一按照与相邻线II段配合整定，即保护范围不超过相邻线II的保护范围;时间定值也按与相邻线II段配合整定，即在其基础上再加一个时间级差0.3s。这样就解决了上述“死循环”问题。其核心思想是降低III段灵敏度，缩小其保护范围，使得III段时间抛弃“阶梯原则”。

这种方法可能会造成III段远后备灵敏度不足。在实际工作中，还有一种解决办法，就是沿用常规的整定原则，允许III段保护失配，越级跳闸，但失配点尽量选择后果影响较小的情况。

4 基于整定软件的环网整定计算

从上述分析中可以看出，环网整定计算的难点之一是运行方式选择，即如何在大量运行方式组合中选择最大最小短路电流的方式、最大最小分支系数(助增系数)的方式;难点之二是复杂电网人工计算的复杂性。显然，利用计算机软件是解决问题最有效的办法。

4.1 整定软件的功能体系设计

根据应用需求，软件的功能体系包括图形建模、故障分析、整定计算、数据管理、定值仿真5个部分。系统的功能结构如图3所示。

4.2 运行方式的考虑原则

为了解决单侧电气量保护在环网应用难以整定计算的问题，软件在满足整定计算规程要求的基础上，总结出了一般性的运行方式的考虑原则, 既适用于辐射型电网，也适用于环网。

4.2.1 分支系数、助增系数的计算

分支系数分为正序分支系数和零序分支系数;同样，助增系数也分为正序和零序助增系数。按如下方式和故障位置计算：

(1)线路对相邻线路：相邻线末端故障、配合点故障;轮流停检相邻线路末端母线上各元件，在相邻线末端故障、配合点故障;相邻线路对侧断开，相邻线末端故障、配合点故障;相邻线路对侧断开，轮流停检相邻线路末端母线上各元件，相邻线末端故障、配合点故障。

(2)当线路的相邻元件为变压器时，方式同上，故障点为变压器其他侧。

(3)变压器对出线：变压器出线末端故障、配合点故障;轮流停检变压器出线各元件，在变压器出线末端故障、配合点故障;变压器出线对侧断开，变压器出线末端故障、配合点故障;变压器出线对侧断开，轮流停检变压器出线各元件，变压器出线末端故障、配合点故障;

4.2.2 电流最值的计算

(1)线路电流的计算，故障位置分别为：本线始端、本线末端、相邻元件末端。考虑检修的元件为本支路的相邻元件。

对于一般线路：各故障点三相短路、两相短路、两相接地、单相接地故障;考虑检修，各故障点三相短路、两相短路、两相接地、单相接地故障。

对于平行双回线：另一回两端接地，各故障点三相短路、两相短路、两相接地、单相接地故障;另一回线对端断开，在断口处三相短路、两相短路、两相接地、单相接地故障。

(2)变压器故障电流的计算，故障位置分别为：变压器其他侧母

(1)单侧电气量的保护应用于辐射型电网，能够很好地满足“四性要求”;通过加装方向元件，应用于双侧电源线路，也能够很好地满足“四性要求”。

(2)单侧电气量的保护应用于环网，不能很好地满足“四性要求”，可以通过相继动作补救以及降低保护灵敏解决死循环问题。

(3)环网整定计算时，运行方式的选取复杂度和计算的复杂度大大增加，应借助专用整定软件提高整定计算的合理性、正确性。

110k V及以下电网大多数情况是辐射网运行，个别情况会出现短时闭环运行。如果整定计算将环网方式统一考虑，将会由于为满足短时环网方式而大大恶化大多数方式运行时保护的性能，这种做法不可取。有的现场单位是整定多套定值，在不同的方式时切换，但这将增加很多管理工作, 也存在一定的风险。

两侧电气量的保护从原理上彻底解决了单侧电气量的保护存在的种种问题。随着经济的发展、继电保护价格的降低, 相信两侧电气量的保护在110k V及以下电网应用会在今后逐步实现。

摘要：针对110kV及以下电网环网运行的继电保护整定计算出现的问题, 分析了环网继电保护产生问题的原因, 研究了环网继电保护整定计算运行方式的考虑原则和配合要求, 提出了环网继电保护整定计算应注意的问题和一般性要求, 采用整定计算软件解决环网整定计算的方法, 研究了整定计算软件在环网应用中运行方式的一般性考虑原则。

整定技术论文 篇8

20世纪70年代开始,保护定值的整定计算开始向利用数字计算机的方向发展,并推出了一批集成多项应用功能的运行管理软件和一些独立的应用软件,这些软件的开发和应用为提高继电保护的工作水平发挥了重要作用,其从系统建模到整定计算高度的集成化、智能化,大大减轻了整定人员的工作量。但是随着电网规模的扩大,电网的接线方式和运行方式日趋复杂,这就对整定计算软件的实用性和通用性提出了更高的要求[1,2,3]。

当前市场上流行的整定计算软件通常将整定计算原则固定在程序代码当中,用户需要定制特定的版本来满足自身电网的要求。用户在使用软件进行整定计算时,根据实际系统的保护配置和整定要求选择整定原则进行计算。由于软件中的整定原则只是针对特定的电网,本身只满足系统当前的运行要求,所以在进行整定计算的过程中用户不能对整定原则进行更改、添加及删除,导致软件的生命周期很短,推广应用受限。随着电网的发展,电网接线方式的改变,整定计算软件中的整定原则需要针对各不同电网进行频繁改动,增加了系统成本,造成了大量人力物力资源的浪费。解决不同电网整定计算原则的适应性问题成为当前继电保护整定计算软件一个共同的难题。

解决整定计算软件的版本和通用性问题,使其能够满足不同电压等级电网的运行要求,关键在于解决整定原则的可配置化,使之在电网发生变化的情况下用户可以自定义添加新的整定原则,并根据添加的新原则添加相应的计算公式[4,5]。这样就可使软件在系统元件的保护配置和整定原则发生变化时仍然能够正确地进行整定计算,同时软件也适用于不同的电压等级的电网。

1 整定计算原则自定义的研究

1.1 整定计算概述

继电保护的整定计算方法按保护构成原理分为两种。第一种是以差动为基本原理的保护。它们的整定值与相邻保护没有配合关系,具有独立性,整定计算也比较简单。第二种是阶段式保护,它们的整定值要求与相邻的上、下级保护之间有严格的配合关系,而它们的保护范围又随电力系统运行方式的改变而变化,所以阶段式保护的整定计算是比较复杂的。

各种保护通用的整定方法是:首先根据保护装置的构成原理和电力系统运行特点,确定其整定条件及整定公式中的有关系数。然后按整定条件进行初选整定值,最后选定运行方式校验灵敏度[6]。

整定计算模块的输入量为整定系数、设备参数、故障参数、保护定值,输出为各种保护对应的整定值及计算书,如图1所示。

整定系数,指为使继电保护整定值符合系统正常运行及故障状态下的规律,达到正确整定的目的,在计算公式中引入的各种整定系数,包括:可靠系数,返回系数,分支系数,灵敏系数,自启动系数等。

设备参数,指描述电力系统一次、二次设备属性的参数。如PT、CT变比,线路正序、负序、零序阻抗,线路间互感参数等。

故障参数,指通过故障计算得到的参数。如故障时流过线路的最大电流、零序电流、电压等。

保护定值,指当前保护整定计算定值及其需要配合的上下级保护各段动作定值以及时间定值等。

1.2 整定计算原则自定义的研究

具有通用性的继电保护整定计算软件应该能够适应不同的电网结构、适应不同电气设备配置的不同保护、适应不同结构和测量原理的(已经使用的和未来使用的)保护装置、适应不同用户的特殊情况等。

为满足这些要求,本系统采用的解决方法是:

a.用户可以自定义整定原则。当软件提供的整定原则不满足系统运行要求时,用户可以修改已有的整定原则,或者自定义添加新的整定原则,以满足用户整定计算的要求。

b.自定义整定计算方法。当电网运行方式发生改变时,针对某一整定原则的算法可能会发生变化,软件允许用户修改整定计算公式,也可以对新添加的整定原则配备相应的新算法。

这样就使得整定计算软件能够真正实现对新保护原理、新整定要求的保护装置的整定。

由整定计算层次结构图,可将整定计算分为三个模块:保护配备模块、整定原则模块和公式管理模块。数据库为三个模块提供三张对应的数据表,分别为:保护实例化规则配置表、保护规则使用配置表和保护规则配置表。它们之间的关系如图2。

1.2.1 数值/逻辑解释器

对整定原则和计算公式的添加和修改是由数值/逻辑解释器完成的。数值/逻辑解释器是一个独立的计算工具,可以应用到任何一个体系结构中。数值/逻辑解释器可以进行数值运算,输入需要的参数并选择计算公式即可输出计算结果,等同于一个计算器;可以进行逻辑的运算,如多个参数间的组合以及计算多个参数的最大、最小值等;同时它也可以将已有的多个资源组合成为一个新的复合资源。

数值运算:用户进行整定计算时,对于软件已经提供给的整定原则用户可直接配备,已配备好的原则将调用DLL中对应的函数进行整定计算。

逻辑运算:如果对某一具体的保护资源,配备了多条原则,用数值/逻辑解释器可以计算出各原则的整定值,并取其中的最大或最小值作为该保护的整定值。以阶段电流保护I段为例,其所有的整定原则如下:

A.按躲线路末端母线故障最大电流整定;

B.与线末变压器主保护差动保护配合;

C.与线末变压器主保护瞬时电流速断保护配合;

D.与线末并联同容量变压器主保护瞬时电流速断保护配合;

E.与T接变压器,T接线路速动保护配合;

F.躲震荡电流;

G.躲背后母线故障。

若选取A、B、C、D、E作为整定原则,原则A、B、C、D、E作为参数,用数值/逻辑解释器可直接计算各原则的整定定值并取得最大值作为整定值,直接得到保护定值,如图3。

数值/逻辑解释器也可以将已有的多个资源组合成为一个新的复合资源,即将已有整定原则或已有函数组合成为新的整定原则或新的函数。

1.2.2 自定义整定原则和计算公式

由于任何一个系统都有其自身的特性,所以整定计算原则库不可能囊括所有的原则,还需要进行人工干预,对已有原则库进行添加和修改。当用户要添加新的整定原则时,系统会弹出窗体供用户修改或添加新的整定原则,新原则的信息将存入数据库对应的表中,供用户使用。

如果用户配备了新保护装置,出现了新的整定原则,或者某一保护资源添加了新的整定原则,可以自定义添加整定原则。用户要添加新的整定原则时,系统会弹出对应的窗体,用户填入相关信息,如保护类型、保护名称、原则叙述等,即可生成新的整定原则,其对应的信息将存入数据库供用户使用。

用户新添加计算函数时,注明函数名称、函数参数个数及参数类型、函数返回值类型,借助数值/逻辑解释器可以定义函数体,即计算公式,直接配备到整定原则中。

2 整定计算方法的改进

现有的继保整定计算软件将整定原则固化在软件代码中,即编译器把要调用的函数和过程编译成可执行代码,形成可执行文件的一部分,这种方式称为静态链接。用户无法对计算函数进行添加和修改,需要开发者的帮助才可以完成。

本软件将整定计算公式整理成函数保存在动态链接库DLL中,同时取得故障计算结果的函数也存于DLL中。如果某个整定规则对应的计算公式改变了,只要改变该公式在动态链接库中的函数即可,这种修改可以自动传播到所有调用他的程序中,不必对原程序进行修改,便于维护和升级,解决版本问题[7,8]。

为减少DLL函数库中函数的个数,本系统对DLL做了进一步的简化。经分析发现,很多整定原则对应的计算函数所包含的参数个数、参数类型及函数返回值的类型都相同,只是参数代表的实际意义不同。由函数形参和实参的关系可知这些整定原则的计算都可以调用同一个函数,因此DLL中只要保留一个函数即可。这样将函数抽象以后DLL中的函数个数大大减少,也方便了对函数的调用。

3 具体的保护配备举例

由于整定原则已经按照被保护对象、保护性质、保护名称等整理出,使用该软件进行保护装置的配备时,用户可以方便快捷地完成配备过程。以型号为LPF-941A的线路保护装置为例,具体操作如下。

装置按系列号和被保护设备进行分类,配备保护装置时,首先在设备分类型号名称一栏选择“装置系列:LFP(线路)”,单击左边的“+”后在下拉表中选择“LFP-941A额定电流5 A”,这样就选定了具体的保护装置。然后在保护名称一栏中选中需要配备的保护,如鼠标左击选中相间距离Ⅰ段保护并按住鼠标左键不放将其拖入已配置保护名称中,这样就为已选定的保护装置配备了相间距离Ⅰ段保护,同时系统将自动对保护名称进行排序,用户也可以鼠标左击已配备保护名称,手动进行排序。

结果如图5,这样就完成了对线路保护中一个保护装置的保护配置,同理可以进行其他保护的配备。配备完保护后,用户可以用相同的方法对已配保护进行整定原则的选取。整定原则的选取如表1,以零序电流Ⅰ段为例:保护资源及整定原则配备好以后,软件就可以自动进行整定计算。计算的结果将存于数据库中,并输出计算书。

4 结论

电力系统的复杂多样性与继电保护装置本身的适应性间的差异,使继电保护整定计算软件缺乏灵活性,推广应用受到限制。本软件立足解决整定计算软件的通用性和适用性,在三个方面对软件进行了完善和改进:整定原则可配置化,用户可自定义添加和修改保护原则;计算公式经过抽象化之后存于动态链接库中,减少了函数的个数,方便调用和修改;用户可以自定义计算公式,通过数值/逻辑解释器可以很方便地添加和修改计算公式。该软件可适应设备配置、电网结构及保护整定原则的差异,具有通用性,增强了软件的可维护性,使版本得到有效控制并易于改进或升级[9,10]。通过实际运行证明:本软件所用的自定义整定原则方案是可行的,解决了整定规则可维护可配置的问题,达到了预期设计的目标,在实际应用中有效地减轻继保整定人员的劳动强度,并能满足不同接线方式的运行及不同厂家继保装置整定要求,解决了继保整定软件的通用性和软件版本控制等问题。

摘要：通过对整定计算软件现状的研究,指出了现有继电保护整定计算软件在软件实现的通用性和可扩展方面存在的问题。提出了解决软件通用性的方法,即用户可以自定义添加和修改整定计算规则,可以自定义添加和修改整定计算公式,该功能是通过数值/逻辑解释器这一工具辅助完成的。同时该软件将整定计算函数及软件用到的公共函数做成动态链接库,解决了软件版本控制的问题,使得整定规则可以灵活配置,实现了软件更为通用和可维护可扩展性功能。

关键词：继电保护,整定计算,用户自定义,原则可配置化

参考文献

[1]彭晓兰,刘沛,程时杰,等.一个实用的继电保护运行与管理专家系统[J].中国电机工程学报,1996,16(6):421-426.PENG Xiao-lan,LIU Pei,CHENG Shi-jie,et al.A practical expert system for protective relay operation and management[J].Proceedings of the CSEE,1996,16(6):421-426.

[2]赵自刚,黄华林,赵春雷,等.继电保护运行与故障信息自动化管理系统[J].电力系统自动化,1999,23(19):55-57.ZHAO Zi-gang,HUANG Hua-lin,ZHAO Chun-lei,et al.Automation management system for protective relaying operation and fault information[J].Automation of Electric Power Systems,1999,23(19):55-57.

[3]王威,郁惟镛,张沛超.面向对象的继电保护整定计算专家系统的研究[J].电力系统及其自动化学报,2001,13(2):1-4.WANG Wei,YU Wei-yong,ZHANG Pei-chao.Research on object-oriented expert system of relay setting calculation[J].Proceedings of the EPSA,2001,13(2):1-4.

[4]但唐军,陈星莺.基于COM技术的数据库设计及其在电力监控系统中应用[J].电力自动化设备,2002,22(2):20-25.DAN Tang-jun,CHEN Xing-ying.Database designbased on COM and its application in power monitoring system[J].Electric Power Automation Equipment,2002,22(2):20-25.

[5]李银红,王星华,段献忠.电力系统继电保护整定计算软件的研究[J].继电器,2001,29(12):5-7.LI Yin-hong,WANG Xing-hua,DUAN Xian-zhong.Study of relay coordination software[J].Relay,2001,29(12):5-7.

[6]曹阳,姚建国,张慎明,等.XML技术在电网自动化系统中的应用探讨[J].电力系统自动化,2002,26(21):73-76.CAO Yang,YAO Jian-guo,ZHANG Shen-ming,et a1.Application of XML in the automation system of power network[J].Automation of Eleclric Power Systems,2002,26(21):73-76.

[7]杨增力,段献忠,王友怀,等.输电线路接地距离保护整定计算方法[J].电力系统自动化,2006,30(8):65-69.YANG Zeng-li,DUAN Xian-zhong,WANG You-huai,et al.Coordination of ground distance relays for transmission lines[J].Automation of Electric Power Systems,2006,30(8):65-69.

[8]杨雄平,段献忠.基于厂站方式灵敏系数的运行方式组合方法[J].电力系统自动化,2006,30(23):69-73.YANG Xiong-ping,DUAN Xian-zhong.A method for combining the operation modes based onthe operation mode switching sensitivity factor of power substations or plants[J].Automation of Electric Power Systems,2006,30(23):69-73.

[9]邓健,宋玮,张明霞,等.基于组件技术的继电保护整定计算软件的设计与实现[J].继电器,2004,32(6):44-48.DENG Jian,SONG Wei,ZHANG Ming-xia,et al.Design and realization of component based software for relay protection[J].Relay,2004,32(6):44-48.

整定技术论文 篇9

关键词：繼电保护；整定计算；注意点

中图分类号：TM771 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 20-0000-01

由于计算机信息技术不断发展，其在电网建设中也得到广泛应用，电网系统工作时需要工作的继电保护的效率等有了很大的提高，在某些方面继电保护得到了发展，电网系统也随之更加智能快速，我国的电力企业也可以朝着更加积极光明的方向前进。但是，发展与进步同时也会带来一些问题，电网的结构趋向于复杂化，这样的变化使得电网进行完善和发展时越来越困难，整定计算运作起来更加不容易，出现的状况也不断增加。

一、继电保护下整定计算具备的特点分析

跟随着时代发展的步伐，继电保护在理论和实践上都有了不小的进步，与此同时，组成继电保护配置的零件、原料等都有了很大的变化。继电保护装置不再是先前那些笨拙、费事的样式了，如今已经慢慢向智能化、自动化、电子化、各种环节一体化的方向发展。继电保护有如此之大的进步，那么整定计算工作也需要配合继电保护的变化，努力寻求不一样的方式，解决配合过程中出现的新问题。如何才能更好地完成配合呢？很大程度上取决于进行整定计算的工作人员，为了保证工作的正常完成，应该对工作人员加强职业教育，增强他们的责任感，更为重要的是加强对电力系统知识的学习，确保全方位的掌握继电保护的相关知识。继电保护构建下的整定计算是会变化的，这是由于所有的保护装置习惯电力系统工作变化的能力不是无限的。电力系统运作时不是固定的，有时候会不可避免地逾越原先的范围，这时候就要适当的对整定计算进行改变。为了得到最合适的解决方案，要平衡继电保护的各方面的性能，这样看来，对继电保护的整定计算需要结合多方面进行配置。

二、继电保护整定计算的要领

电力系统是继电保护的奠基石，在构成时必须遵循电力系统的本质原则，尽力配合电力系统的要点：电力系统和其他系统一样，运作时难免会有差错，当这些错误发生时，要及时准确地解决故障，确保电力系统的正常运行；只对某些故障进行解除还是不够的，在电力系统工作过程中，一旦发现存在异常，立刻引发警报或者发射信号，提示工作人员进行查看并处理。这些情况都要工作到位才能切实做到继电保护。

三、继电保护整定计算应注意的几个方面

（一）对定值计算资料进行整理分析

在实行整定计算之前，必须获得确保没有错误的计算材料。在继电保护以及其他一些装置运行过程中，需要注意：大部分情况下设计图纸和一些参数数据的投送安排在设备开始运作前三个月，这样主要是为了方便计算。除了这些理论上的东西，还要有实际测量的参数，这一参数在运作前一个月投送，以便整定计算数值的确定。对定值计算资料的整理分析是重要的一环，极容易出错，应该时刻留意。

（二）短路电流计算

短路电流的计算对整定计算有着很大的影响，倘若短路电流计算不准确，那么整定计算也不会精确，两者之间有着这样一种依存关系。系统如何运行、变压器中的中性点如何和地面连接，这些对短路电流计算是否准确有着决定性的作用。如何运行系统倘若可以准确的选择，那么继电保护的效果会得到提升。

（三）择选配合系数

什么是配合系数呢？其涵盖了零序网络的分支系数以及正序网络的分支系数。分支系数不可盲目选择，因为这个系数可以直接影响了零序保护的定值和保护的程度，同时使得各方面配合的灵活度受到影响。分支系数如何计算与短路如何计算是没有什么联系的，但是和连接的关联有关系。

（四）突发情况下继电保护整定计划的注意点

1.季节因素，尤其是冬季，天气情况一不留意就会很糟糕。冬天最有可能出现的天气灾害就是冰灾、雪灾，一旦这样的灾难降临，势必会导致全国大片区域的电路瘫痪，为了尽可能避免这种情况的发生，需要加强对灾害发生时如何用电的学习，除此之外，还应该从电力系统本身出发，对继电保护整定计算多加以分析，做到更加精确。

2.从上面的讨论分析也不难发现，继电保护整定计算是极为重要的，所以加强对继电保护的管理是很有必要的。继电保护的管理方案应随着电力系统的改变和提高而发生相应的变化。当然对继电保护整定计算的材料也要加强记录。

3.不管是什么活动，在进行的过程中都离不开各个部分的协作。在继电保护整定计算中，这样的互相协作也很明显，比如进行整定的工作人员和生技部、调度部加强协作，当然只有协作是远远不够的，还应该对设备进行检修，特别是在定值发生变化时，更应该加强检验修理的力度。

4.继电保护整定计算在很大程度上使得电力系统趋向于安全，继电保护构建下的整定计算可以帮助用电更加稳定。想要完成继电保护整定计算，就要几个部门的共同合作，每个部门应该制定出科学的配置方法，将继电保护整定计算的作用发挥到极致。

四、结束语

继电保护并不只是电力系统的一部分，也是国家用电的重要一部分。想要让国民用电十分顺畅，让电力系统的工作人员意识到继电保护整定计算有多重要，也需要让教育人士认识到培养继电保护整定计算的人才有多重要。时代不断发展，用电要求也越来越高，工作人员需要取其精华，去其糟粕，根据现在的用电情况，对继电保护整定计算进行分析和调整，时刻注意继电保护整定计算中需要留意的问题。整定计算是继电保护中必不可少的一部分，确保整定计算的精确，可以让电网作业更加稳定牢靠。

参考文献：

[1]赵冬梅，张旭，刘燕华.发电厂继电保护整定计算系统的智能化研究[J].电力系统保护与控制，2012（05）.

[2]陈朝晖，周红阳，石东源.大型互联电网继电保护整定计算数据一体化管理系统[J].电力系统自动化，2012（03）.

自整定控制的应用 篇10

回路整定是既是科学也是艺术。一个经过完善整定的反馈控制回路可以快速并且安全地消除过程变量和极点之间的误差, 但是要让控制器在激进与耐心之间具有一个平衡的话就需要有一定程度的技术及经验。

幸运的是各种不同的比例-积分-微分回路的简单的整定技术已经被自动整合到商业用的控制器中。需求性“自动整定”功能会模仿一位知识渊博的控制工程师在回路第一次使用时对其进行的整定操作。一旦回路完全运行时, 冗余的“自整定”控制器也可以不停地更新它们自己的整定常数。

尽管这两种方法在工业过程控制用户中都得到了一定的认可, 但是需求性自动整定功能更为流行。Peter Wellstead是爱尔兰汉密尔顿学院SFI研究教授, 同时也是工程师实用手册第四版 (Béla G.Lipták, ed, CRC press, 2006) “自整定控制器”的两个作者之一。他解释道:“我在自整定控制器的理论上下了很大功夫, 并且在80年代及90年代早期致力于研究一些商业用的自整定产品。在此之后, 自整定才成为主流。”现在许多控制器都已经有其标准形式了。

Wellstead说道:“我所经手设计的产品包括两种。对于普通的回路整定, 它们简单地应用带有阶跃测试和二阶脉冲的需求性整定, 而不是一直来配合通常的操作数据;对于特殊的回路, 它们会变得与现有的控制系统的特性高度吻合。这种情况下, 我注意到大多数为高难度过程提供系统整定及诊断服务的公司, 都由公司中富有经验的员工使用复杂的自整定功能。这只有在高价产业中才有价值, 或者将回路维护外包出去以降低技能要求。”

Wellstead补充道, 需求性自动整定技术更为流行是因为“仪器公司的工程师不喜欢闲置整定所需的额外的复杂算数和算法。应当应用更为简单的算法, 这是如自整定本身一样必要的性能, 甚至对于最基础的回路控制器也一样需要。最终用户也倾向于自己来进行重新整定。”

挑战

英维思公司的首席应用工程师Lew Gordon, 认为应用商业用自整定控制技术可以弥补一些技术上的缺陷。“大多数先进的DCS平台都具有自整定能力。这些程序对控制器当前的性能进行评估并且修正其整定常数, 以使在一次重置后能得到一个理想的暂态响应。”

然而, “这个是难度很大的挑战, ”他说道。“适配器必须假定所有它所见到的所有行为都是它的变化所产生的结果。于是, 由于其它变量通过回路互换在回路内所产生的周期性振荡, 就可以很容易的让算法陷入迷茫。”

降低过程变量的差异性, 将使产品的一致性更高并使过程的操作更接近于其限制区域内。

当试着同时控制液体的温度和流速时, Gordon亲身经历了这个问题。“任何持续的振荡将导致温度以同样的频率变化。在温度控制器上的自整定器将会试着通过解除温度控制器的整定来停止温度的变化, 当然这非但不会成功还可能导致更糟的温度控制。基于此, 自整定器需要使用近距离的监控并且不能很长一段时间内都无人关注。”

减少差异

其他应用自整定控制技术的用户的运气会好点。比如Lubrizol公司, 在德克萨斯州的Deer Park的工厂就是使用艾默生过程管理公司的DeltaV insight的自整定功能, 来帮助他们在生产中添加不同的燃料及机油。

包括水溶液, 有机物, 液体, 固体及气相的产品通过不同的物理和化学工具成批地生产出来。“这真是一个相当复杂的间隙反应, 而且也很保持客户对产品一致性的要求。”Fred Gregory说道, 他是Lubrizol公司的首席工程师及过程改进小组的领导人。“任何我们可以使产品的一致性提高的措施都能帮助我们在市场中更有竞争力。”

为了降低他们温度和压力控制回路的差异性, Lubrizol公司使用In Sight动态回路整定来作为艾默生公司的一个试点项目。“我们所需要的就是, 能够在不需要任何操作员或控制工程师去启动自动整定功能的情况下, 动态地对闲置的系统进行整定。”控制工程师George Lin说道。

Lubrizol公司德州工厂的工程经理Bruce Johnson补充道, “我们选择InSight是由于其能动态模拟过程增益、死区时间及时间常数的性能良好。”它在控制器内部使用嵌入式学习算法。“工程师不用担心使用新的技术。他只需要将学习开关启动就可以了。”艾默生过程管理公司产品市场经理John Caldwell说道。

消除超调量可能使过程变量达到极点所需的时间延长, 但是它可以降低过程驱动的执行器的磨损。

由于Lubrizol公司知道操作员不容易接受新的技术, 他们对于使用自整定控制器相当谨慎, 以保证工厂运行一切顺利, 没有任何变化或产量降低。Efran Hernandez, Lubrizol公司的过程控制工程师, 注意到“从操作员来说他们关心的是他们需要一切都在控制中, ”因此Lubrizol公司安装了监控功能以便操作员自己可以使用或不使用自适应控制技术。但是据Hernandez说, “我们找出了那些永远用不上的东西。”

事实上, 据Hernandez所说, “就在我们开始为Beta测试采集数据之后, 我们注意到回路差异性有了改进。在此之前, 每次我回顾我们厂的历史, 我发现许多回路都是闲置着的。在我们开始使用艾默生公司推荐的基线整定后, 所有的事情看起来都好多了。”

过程的差异性减少了25%到50%。这不但改进了产品的一致性, 它还使得响应变得更快捷, 这就导致了工厂生产力提升了。

控制温度

在一个小得多的范围里, 自整定控制也用来控制电子玻璃吹制炉和退火炉的温度。化学工程师及玻璃吹制师Richard Huntrods发现富士电机的PXR系列PID控制器在维持理想的温度、以及其每种不同的规格可以缓慢的改变温度方面, 有着非常好的性能, 所有的规格都不需要手动整定。

Huntrods替换了一个标准的PID控制器, 因为该控制器不能根据他在烧制、吹制及退火的不同阶段过程中所需保持不同的极点值。他说“新的控制器需要一些时间来进行自整定, 这点让我有点担心。将锅炉再次通电后, 在控制器实际到达1850°F极点位置前, 实际温度已经大约降到了1850°F。”

然而在使用了一些日子后, 他注意到“你可以看到控制器慢慢地调整到正确的设置, 当我第一次使用它时, 温度通常会相对于设定值来说是超调, 这是由于温度在变成最终温度前会有很短的时间内发生骤升。但是当达到最终温度后, 控制器的响应通常都在几度之内。”

自整定控制器通常被认为具有良好的抗干扰性。Huntrods注意到“玻璃吹制中的一个问题就是你必须每隔十分钟就开启一次锅炉为了将一批一批的玻璃拿出来。在炉门关闭之后锅炉的性能是非常重要的。你需要一个很好的响应时间。当冷态的玻璃元件放入锅炉内锅炉的温度也会急速的降低。”

但是一旦控制器找到一套良好的整定常数, 温度波形在一次波动之后就可以渐近地达到设定值, 而不是超调或是停滞。这就将温度响应时间降到最低, 并降低了Huntrods的操作成本。

“加热的元件正接近它们所能提供的最大温度值, 因此必须对PID曲线进行优化, 以避免超调, ”Huntrods解释道。“富士控制器就能知道施加多大的功率需要多长的时间, 而不是简单地在我开门时将功率调至最大。这就大大提高了元件的寿命。加热元件通常只能维持使用几个月, 而现在却已经用到了第三年。”他说道。

退火也是如此

Huntrods为了在退火炉工作时保持其温度在920°F, 他也使用富士公司的自整定控制器。当他将这些完成时, 他每一个小时降低100°F直到变为室温。

不同于锅炉, 退火炉在其温度上升的过程中不需要经过一系列的温度阶段, 因此对于其达到920°F设置值的响应要求会相对低一些。但是在退火炉门打开的时候, 控制器必须对其后续地一系列温度波动进行响应, 这时就会产生超差。“但是最终的响应相当迅速, 不会产生超差。整定过程也同样相当迅速。”Huntrods说道。

Huntrods报告说他遇到过将富士公司的控制器也迷惑住的情况。“我有一次发现加热元件并没有真实地对锅炉进行加热。”他发现振荡一直在持续, 因此他必须手动地将控制器关闭, 再重新开启。

尽管如此, 总的来说, Huntrods认为他的自整定控制器是值得对其的投入的。除了提供了高效率及低操作成本外, 它们节省了他以前花在整定其他传统的PID控制器上的时间和精力。他说他更喜欢花时间在吹制玻璃上。