淺談基于PLC的負荷分配系統(tǒng)

摘 要：根據(jù)工廠電站負荷分配的特點，以工業(yè)汽輪發(fā)電機組為控制對象，介紹了基于PLC的負荷分配控制方案的具體實現(xiàn)方法及其功能。

關鍵詞：汽輪發(fā)電機組；負荷分配；PLC

孤島運行中的工業(yè)汽輪發(fā)電機組，因為生產(chǎn)需要，其負荷波動會比較大，造成嚴重的負荷分配不均現(xiàn)象。為了既能保證生產(chǎn)用電又能合理分配使用汽輪發(fā)電機組，一般采用負荷分配的方法讓機組穩(wěn)定運行。

1 負荷分配控制方式

1.1 采用負荷分配器的特點

采用負荷分配的方法有很多。對于有多臺汽輪發(fā)電機組的工廠，對負荷分配的要求會比較高，一般要采用專門的負荷分配器組成負荷分配系統(tǒng)，如WOODWAED公司DSLC和MSLC。每臺機組配一個DSLC，再與工廠母線上MSLC通迅進行負荷分配。這些產(chǎn)品功能強大，性能好，而且穩(wěn)定，但是價格昂貴，每臺DSLC需要六萬元左右。

1.2 采用PLC的經(jīng)濟性

PLC廣泛應用于工業(yè)汽輪機的過程控制系統(tǒng)中。對于只有兩臺機組的工廠，它的負荷分配控制就容易得多了。采用PLC來進行負荷分配就能滿足工廠用電的要求。這樣便無須使用昂貴的負荷分配器，節(jié)省成本。而且現(xiàn)場也不需安裝負荷分配器的機柜，節(jié)省空間。

2 負荷分配系統(tǒng)組成

2.1 機組系統(tǒng)組成

假設只有兩臺額定功率分別為G1和G2的1#機組和2#機組，那么1#機組采用頻率控制，用于穩(wěn)定頻率。2#機組則采用負荷控制。而負荷分配系統(tǒng)主要由調(diào)速器及PLC組成。調(diào)速器采用WOODWORD 505，PLC則采用西門子S7-300，搭配PROFACE觸摸屏組成人機界面系統(tǒng)。

2.2 505調(diào)速器組態(tài)

505調(diào)速器具極多路可組態(tài)的觸點輸入、繼電器輸出和模擬量輸入/輸出通道。由于是應用于發(fā)電機，故應組態(tài)發(fā)電機斷路器狀態(tài)、網(wǎng)側(cè)開關狀態(tài)觸點輸入。當網(wǎng)側(cè)開關斷開時機組便處于頻率控制模式，只有當網(wǎng)側(cè)開關和發(fā)電機斷路器都合上時，機組才處于負荷控制模式。用于頻率控制的1#機組網(wǎng)側(cè)開關點取電廠與外電網(wǎng)斷路器的開關點，發(fā)電機斷路器測點取自身的發(fā)電機斷路器狀態(tài)點。而用于負荷控制模式的2#機組，505網(wǎng)側(cè)開關測點則要取頻率控制機組的發(fā)電機斷路器狀態(tài)點，發(fā)電機斷路器測點取自身發(fā)電機斷路器狀態(tài)點。因為孤島運行中的汽輪發(fā)電機組，它的網(wǎng)側(cè)開關是斷開的，故1#機組可處于頻率控制模式。而兩臺機組的發(fā)電機斷路器都是閉合的，故2#機組可處于負荷控制模式。此外，2#機組還應采用輔助控制模式。在505上組態(tài)輔助控制使能、輔助遠程控制使能、輔助升、輔助降等觸點輸入，利用輔助控制實現(xiàn)負荷分配功能。在模擬量輸入/輸出方面，兩臺機組的505都組態(tài)一個功率輸出點，輸出4～20mA信號至2#機組的PLC，方便功率運算。2#機組505還應組態(tài)一個輔助遠程給定值輸入信號以接受經(jīng)PLC運算后的功率目標值。

2.3 PLC控制系統(tǒng)

兩臺機組的過程控制系統(tǒng)均采用西門子S7-300，所有505的信號都可以經(jīng)過PLC進行處理。除了具有基本的功能外，2#機組的PLC還具有模擬量輸入/輸出功能，向505輸入/輸出4～20mA功率信號。

2.4 人機界面組態(tài)

人機系統(tǒng)方面，采用PROFACE觸摸屏，主要在2#機組上增加負荷分配功能畫面。畫面中有輔助控制使能、輔助遠程控制使能、輔助升和輔助降等功能按鈕、機組功率顯示及輔助遠程給定值。通過RS232或TCP/IP協(xié)儀與PLC進行通訊，實現(xiàn)負荷分配控制。具體功能畫面如圖1。

3 系統(tǒng)控制方式

3.1 手動調(diào)節(jié)方式

當在人機界面上投入輔助控制使能按鈕時，505便進入輔助控制模式，可在人機界面上手動點擊輔助升或輔助降按鈕改變2#機組的負荷給定目標值。同時，1#機組的負荷也會隨著2#機組負荷相應地改變，最終達到負荷分配目的。

3.2 自動調(diào)節(jié)方式

當人機界面上的輔助控制使能和輔助遠程控制使能按鈕都投入時，負荷分配系統(tǒng)便處自動模式。假設負荷分配之前機組所帶負荷分別為P1和P2，則工廠總負載P=P1+P2。這時將負荷按比例重新分配，2#機組所得的負荷為P22=P2*（G1+G2）/P，將P22送至505輔助遠程給定值，在S7-300 PLC程序中具體實現(xiàn)如圖。

圖2 PLC程序運算

基于這樣的運算，當廠內(nèi)負荷突然降低時，1#機組的負荷為P11=P-P22，可有效地防止逆功率情況的發(fā)生。

3.3 聯(lián)鎖切換

工廠電站總會由于生產(chǎn)或檢修等原因而啟動或停止其中一臺汽輪發(fā)電機組，這時，處于運行中的機組應當為頻率控制模式才能穩(wěn)定地運行。如果停2#機組，那么處于頻率運行的1號機組便可承擔全廠負荷并且穩(wěn)定頻率。如果停1#機組，那么負荷控制的2#機組便會由于1#機組的發(fā)電機斷路器斷開而轉(zhuǎn)換為頻率控制模式，保證廠內(nèi)生產(chǎn)用電。

4 結(jié)束語

采用基于PLC的雙機組負荷分配系統(tǒng)，能對機組負荷自動跟蹤，在保證廠內(nèi)生產(chǎn)用電的情況下，實現(xiàn)單機-聯(lián)機運行的無憂切換。雖然基于PLC的負荷分配系統(tǒng)與專門的負荷分配器有一定的差距，但是在一般的工廠用電中，它是可以滿足生產(chǎn)要求的，同時還可以節(jié)省大量的成本。

參考文獻

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作者簡介：葉永杰（1989-），男，廣東陽江人，廣州廣重企業(yè)集團有限公司助理工程師，主要從事熱能動力設備電氣設計及調(diào)試方面工作。