油田電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用

張嘯嘯(中海石油(中國(guó))有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518000)

0 引言

電力系統(tǒng)是由各種電力設(shè)備組成，不同電力設(shè)備在油田生產(chǎn)過程中擔(dān)任不同的運(yùn)作責(zé)任，只有維護(hù)好電力設(shè)備的運(yùn)行系統(tǒng)，才能夠保障整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。自動(dòng)化控制技術(shù)是基于油田工業(yè)的工作特點(diǎn)，將整個(gè)工業(yè)產(chǎn)業(yè)的工作流程與信息化技術(shù)相融合，研發(fā)出高效率的、智能化的控制系統(tǒng)，對(duì)整個(gè)工作環(huán)節(jié)展開實(shí)時(shí)管理與監(jiān)控，該技術(shù)具有高效、節(jié)能的工作特點(diǎn)，能夠?qū)⒏黜?xiàng)信息數(shù)據(jù)準(zhǔn)確記錄分配，使整個(gè)數(shù)據(jù)記錄與傳輸更加精準(zhǔn)，提高油田生產(chǎn)工作效率。

1 電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)概述

電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)是依托各種電力設(shè)備運(yùn)行，不同電力設(shè)備能夠在自動(dòng)化系統(tǒng)中擔(dān)任不同的工作，維護(hù)各項(xiàng)電力設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)是基于信息技術(shù)研發(fā)而成，具有自動(dòng)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)控制的優(yōu)良性能，能夠?qū)τ吞镩_采各項(xiàng)設(shè)備展開精準(zhǔn)的智能化管理，保障整個(gè)電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定，提高了電力技術(shù)在油田開采中的重要促進(jìn)作用。

在油田開采過程中電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)是提高油田質(zhì)量的必要手段，主要指的是通過對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行遙控、遙信、遙測(cè)、遙調(diào)加強(qiáng)對(duì)電力系統(tǒng)的控制管理效率：一，遙控指的是運(yùn)用遠(yuǎn)程控制技術(shù)，使用計(jì)算機(jī)發(fā)送或接收電力設(shè)備信號(hào)，根據(jù)具體的工作指示設(shè)置工作程序；二，遙信是影響整個(gè)控制技術(shù)運(yùn)行的重要組成部分，其主要任務(wù)是將各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)一收集，并分析數(shù)據(jù)結(jié)果將其發(fā)送于總控制系統(tǒng)，由總控制系統(tǒng)根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整工作方案；三，遙測(cè)運(yùn)用信息技術(shù)以及各個(gè)電力設(shè)備的節(jié)點(diǎn)對(duì)電力系統(tǒng)展開遠(yuǎn)程測(cè)算，測(cè)算結(jié)果可以同步發(fā)送于各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)工作內(nèi)容的高效共享；四，遙調(diào)是在電氣化設(shè)備運(yùn)行中對(duì)所有電氣系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整與控制，確保油田開采工作中電氣設(shè)備可以受到遠(yuǎn)程直接監(jiān)管與控制[1]。在油田開采工作中，利用信息技術(shù)打造的電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)能夠連接電力網(wǎng)絡(luò)，調(diào)整整個(gè)區(qū)域的供電水平以及設(shè)備利用率，增強(qiáng)其經(jīng)濟(jì)效益。

2 油田電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用要求及應(yīng)用原理

2.1 電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)的基本要求

油田電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)必須要具備以下三個(gè)要求：一，能夠迅速收集和檢測(cè)電力系統(tǒng)中各個(gè)源部件的參數(shù)，為整體系統(tǒng)運(yùn)行做好保障；二，能夠自行根據(jù)電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行現(xiàn)狀以及技術(shù)要求，為管理維修人員提供決策及問題解決方案，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)原部件的直接調(diào)整與維修；三，能夠在最短的時(shí)間內(nèi)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各層次部件的運(yùn)行進(jìn)行協(xié)調(diào)，尋求最安全高效的供電方案；四，運(yùn)用電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)不僅可以有效減少人力、物力的投入，也可以提高其數(shù)據(jù)測(cè)量的精準(zhǔn)度，保障工作質(zhì)量。

2.2 電力系統(tǒng)自動(dòng)化技術(shù)的工作原理

自動(dòng)化控制技術(shù)主要是針對(duì)電能生產(chǎn)、傳輸、管理等方面進(jìn)行自動(dòng)控制管理，實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備的自動(dòng)化管理。該技術(shù)的應(yīng)用目的是為了保障油田開采工作的供電質(zhì)量，使整個(gè)工作系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行，并通過精準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)計(jì)算減少電能耗損，提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。目前我國(guó)油田開采所使用的電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)主要包括實(shí)時(shí)監(jiān)控、自動(dòng)系統(tǒng)控制以及電力負(fù)荷控制三個(gè)方面:一，實(shí)時(shí)監(jiān)控一般是由多臺(tái)小型或微型計(jì)算機(jī)組成的全方位監(jiān)控系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)調(diào)度電力設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)；二，自動(dòng)系統(tǒng)控制指的是利用編程系統(tǒng)對(duì)電力控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度，保障整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行；三，電力負(fù)荷控制指的是通過控制系統(tǒng)檢測(cè)整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況，并通過合理計(jì)算減少電力負(fù)荷?？傊詣?dòng)化控制技術(shù)需要在計(jì)算機(jī)的幫助下才能進(jìn)行工業(yè)計(jì)算、財(cái)務(wù)計(jì)算、生產(chǎn)計(jì)算以及資料檢索等多項(xiàng)工作。

2.3 電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)的功能

在油田開采工程中，電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)必須包含以下三個(gè)功能：一，監(jiān)測(cè)和控制功能。監(jiān)測(cè)和控制功能能夠自動(dòng)對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，為現(xiàn)場(chǎng)施工人員提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支持。相對(duì)來說自動(dòng)化電力管理控制系統(tǒng)相比起人工電力管理控制系統(tǒng)安全性更高，能夠在24小時(shí)精準(zhǔn)的控制下完成電力監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)高效率信息采集與處理；二，系統(tǒng)安全分析功能。其主要功能指的是利用電力設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果判斷電力設(shè)備中是否存在故障或其他問題，并通過模擬計(jì)算的方式預(yù)判在各種情況下可能會(huì)發(fā)生的事故，并提供更好的問題解決方案，減少危險(xiǎn)事件發(fā)生；三，經(jīng)濟(jì)調(diào)度。電力控制系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度主要體現(xiàn)于安全性，在電力能源儲(chǔ)蓄達(dá)到相關(guān)要求的前提下可以通過低功率運(yùn)行的方式減少發(fā)電及燃料成本，優(yōu)化整個(gè)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷，確保為整個(gè)電力系統(tǒng)提供最安全可靠的電力供應(yīng)[2]。

3 電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)分類

3.1 專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)是根據(jù)電氣工程的多年研發(fā)理論以及專家工作經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)建成獨(dú)屬于油氣開采領(lǐng)域的專家級(jí)別計(jì)算機(jī)智能程序，該程序能夠在完全無(wú)人管理的情況下自動(dòng)分析電力系統(tǒng)中所存在的各種問題，為管理者提供直觀的數(shù)據(jù)以及問題解決方案。但是作為專家系統(tǒng)必須要依靠某一個(gè)領(lǐng)域的研發(fā)知識(shí)，其知識(shí)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)影響了控制系統(tǒng)的水平。所以專家系統(tǒng)還需要包括知識(shí)庫(kù)、推理庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)的多項(xiàng)技術(shù)，依靠多種程序的相互支持，形成高質(zhì)量的自動(dòng)化控制技術(shù)。

3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是基于人類大腦神經(jīng)構(gòu)成的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，能夠通過學(xué)習(xí)與模擬建立起一個(gè)相對(duì)完善的控制系統(tǒng)，需要多個(gè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行分布式連接處理。該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是基于人類大腦神經(jīng)所構(gòu)建的一個(gè)十分復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，需要大量的神經(jīng)元相互連接、相互控制，長(zhǎng)期進(jìn)行高重復(fù)度的非線性學(xué)習(xí)。該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)十分適用于各種復(fù)雜的電力系統(tǒng)當(dāng)中，可用于處理模糊的信息或精準(zhǔn)度較低的數(shù)據(jù)。隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展，在電氣設(shè)備的信號(hào)處理、系統(tǒng)組合優(yōu)化以及遠(yuǎn)程控制方面均具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

3.3 模糊邏輯控制

模糊邏輯控制指的是基于各種模糊理論、模糊語(yǔ)言變量以及模糊邏輯推理設(shè)計(jì)的一項(xiàng)數(shù)字控制技術(shù)，該技術(shù)包括定義變量、模糊化、邏輯判斷等幾個(gè)方面。在該技術(shù)運(yùn)行過程中，控制系統(tǒng)需要通過定義變量、知識(shí)庫(kù)、邏輯判斷以及反模糊化等技術(shù)展開運(yùn)行。系統(tǒng)中的定義變量直接影響整個(gè)系統(tǒng)的控制性能以及被觀察對(duì)象的狀態(tài)，隨后通過模糊化將輸入值按照一定要求轉(zhuǎn)化為數(shù)值，并利用口語(yǔ)表達(dá)整個(gè)測(cè)量過程及結(jié)果。知識(shí)庫(kù)可以通過原有的數(shù)據(jù)提供模糊數(shù)據(jù)，利用規(guī)則庫(kù)對(duì)系統(tǒng)展開語(yǔ)言描述及目標(biāo)控制。這一控制技術(shù)是模仿人類的思維方式運(yùn)用。模糊邏輯可以自行進(jìn)行推理與推論，從而得到模糊控制信息，并利用反模糊化推理出具體到控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)電力系統(tǒng)的有效監(jiān)測(cè)與控制。

4 油田電力自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用

油田開采是我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域的一項(xiàng)重要工作，由于油田開采的環(huán)境十分復(fù)雜，對(duì)各種電力設(shè)備的可靠性及穩(wěn)定性具有較高的要求，而且我國(guó)油田開采的電力設(shè)備來源于不同生產(chǎn)廠家，不同生產(chǎn)廠商的電力設(shè)備很難實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交融互通，因此無(wú)法在最短的時(shí)間內(nèi)對(duì)整個(gè)油田的電力控制系統(tǒng)進(jìn)行了解，并發(fā)出相應(yīng)的指令，這嚴(yán)重影響了油田開采的效率。運(yùn)用電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)能夠加強(qiáng)電力設(shè)備以及電力系統(tǒng)之間的聯(lián)系，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)展開實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，通過遠(yuǎn)程遙控對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)展開分析、保存與管理。

4.1 數(shù)據(jù)采集與遠(yuǎn)程監(jiān)控

運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)展開數(shù)據(jù)采集與遠(yuǎn)程監(jiān)控能夠加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的管理與調(diào)度。比如運(yùn)用電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)信息采集，并控制現(xiàn)場(chǎng)電力設(shè)備，了解工藝參數(shù)，做好危險(xiǎn)警報(bào)。但是遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控對(duì)通信系統(tǒng)的要求較高，如果通訊系統(tǒng)無(wú)法在最短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)各個(gè)傳感器的信息采集、傳輸則會(huì)導(dǎo)致工作人員對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的異常情況無(wú)法做出有效判斷和應(yīng)對(duì)[3]。因此在該系統(tǒng)運(yùn)用過程中一般采用無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)。利用該網(wǎng)絡(luò)不需要使用電纜即可讓各節(jié)點(diǎn)之間產(chǎn)生無(wú)間隔連接，可以避免由于通訊線過多而影響信號(hào)之間的相互傳輸。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，數(shù)據(jù)采集傳感器能夠?qū)崟r(shí)采集油田中各個(gè)電力設(shè)備的運(yùn)行信息，并將其信息發(fā)送至下機(jī)位通訊系統(tǒng)，隨后可以將保存的信息數(shù)據(jù)傳輸于數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，數(shù)據(jù)庫(kù)又可以根據(jù)不同管理部門的實(shí)際需求合理分配信息，保障各項(xiàng)信息采集的準(zhǔn)確性與有效性，實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的高效共享，也有利于讓企業(yè)及時(shí)了解油田開采情況，分析油田開采過程中可能出現(xiàn)的問題，有效提高故障處理速度，避免安全事故。

4.2 電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在油田工程中使用的電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)必須要根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)，確保各監(jiān)測(cè)設(shè)備可以相互連接，使系統(tǒng)之間能夠建立良好的互動(dòng)關(guān)系，提高整個(gè)系統(tǒng)的安全性與可靠性。這就需要在建立系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中遵循相關(guān)原則，所采用的通訊設(shè)備以及電氣設(shè)備也需要滿足油田開采信息化的要求，避免影響油田信息化建設(shè)?；趥鹘y(tǒng)的油田電氣設(shè)備管理系統(tǒng)，可以通過增加改造費(fèi)用的方式拓展系統(tǒng)性能。也可采用分層設(shè)計(jì)的方式在電力系統(tǒng)中合理安裝監(jiān)控檢測(cè)設(shè)備，逐步調(diào)整整個(gè)電氣系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性，并使其符合未來油田電氣設(shè)備的發(fā)展需求。比如在遠(yuǎn)程控制與信息采集過程中信息傳輸必須要確保安全有效的高速傳送，如果受到外界干擾，則會(huì)導(dǎo)致其信息傳送的速度及準(zhǔn)確率受到影響，基于這一問題可根據(jù)不同設(shè)備的使用要求以及電氣設(shè)備的發(fā)展需求合理更換升級(jí)設(shè)備元件，加強(qiáng)技術(shù)控制，減少外界干擾，提高信息傳輸與檢測(cè)的工作質(zhì)量。

4.3 遠(yuǎn)程化分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)

電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)的主要發(fā)展特征為遠(yuǎn)程化、分布式兩大特點(diǎn)。所謂遠(yuǎn)程化指的是在傳統(tǒng)RTU技術(shù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用先進(jìn)的大數(shù)據(jù)及人工智能系統(tǒng)，對(duì)各個(gè)電氣設(shè)備及計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)進(jìn)行連接、控制，這種方法設(shè)計(jì)周期短，且具有較好的擴(kuò)展性和開發(fā)性。在此過程中也可以利用更多智能化的新型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備給予電氣設(shè)備的系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)，使其能夠與時(shí)俱進(jìn)，不斷發(fā)展。這種系統(tǒng)的構(gòu)建方式能夠跟隨信息技術(shù)以及科技社會(huì)的發(fā)展，不斷提高其性能具有較高的發(fā)展?jié)摿?，也有利于不斷?yōu)化電氣設(shè)備控制技術(shù)到工作性能。另外隨著能源消耗的不斷增加，以節(jié)約為核心的電力運(yùn)行方式能夠獲得更高的技術(shù)支持和政策支持。在此背景下分布式電力控制系統(tǒng)由于其較高的靈活性和復(fù)合調(diào)峰性能，能夠有效降低電量損耗、節(jié)約電力資源，同時(shí)也能夠提高電力系統(tǒng)的供電穩(wěn)定性，非常符合當(dāng)下綠色社會(huì)發(fā)展的相關(guān)理念，也能夠?yàn)橛吞镩_采節(jié)約能源及經(jīng)濟(jì)成本。

4.4 數(shù)據(jù)故障預(yù)處理

電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)除了能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)收集發(fā)送之外，還能夠?qū)Ω黜?xiàng)數(shù)據(jù)展開分析，預(yù)測(cè)油田開采工作中電力設(shè)備可能會(huì)出現(xiàn)的事故風(fēng)險(xiǎn)，并向各個(gè)控制站發(fā)送指令或直接遙控調(diào)度不同節(jié)點(diǎn)，隨后向公司管理部門上傳數(shù)據(jù)分析結(jié)果以及問題故障預(yù)處理方案。因?yàn)樵诿恳粋€(gè)設(shè)備上安裝的控制系統(tǒng)都能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的工作狀態(tài)，并與其他設(shè)備節(jié)點(diǎn)進(jìn)行交互。系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)能夠在傳輸分析之后發(fā)送于總控制臺(tái)，總控制臺(tái)可利用數(shù)據(jù)庫(kù)信息以及風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)系統(tǒng)對(duì)目前各個(gè)電氣設(shè)備的工作現(xiàn)狀展開統(tǒng)一分析，若發(fā)現(xiàn)某一節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸偏差，則會(huì)在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)不斷尋找對(duì)比數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)偏差的形成原因，基于數(shù)據(jù)偏差的形成原因向工作人員發(fā)送數(shù)據(jù)分析結(jié)果，并提供問題預(yù)處理方案。這種方法可以有效提高各項(xiàng)數(shù)據(jù)檢測(cè)的質(zhì)量，也能夠提高問題解決的效率。工作人員可基于數(shù)據(jù)分析結(jié)果，并結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)制定明確的問題解決方案，有效減少各種問題而造成的工作事故。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展，在油田開采工程中電力設(shè)備的使用直接影響了油田開采工程的質(zhì)量與效率，目前電力系統(tǒng)已經(jīng)成為油田開采領(lǐng)域的重要組成部分，合理利用電力系統(tǒng)自動(dòng)化控制技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)各電力系統(tǒng)之間的有效銜接與監(jiān)測(cè)，促進(jìn)各設(shè)備之間建立良好的數(shù)據(jù)共通關(guān)系，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的信息數(shù)據(jù)管理、傳輸與處理。隨著電力系統(tǒng)的有效運(yùn)行也能夠減少電力系統(tǒng)的運(yùn)行成本，提高整體工作質(zhì)量，為我國(guó)油田開采事業(yè)發(fā)展打下良好基礎(chǔ)。