基于MARK VI的燃?xì)廨啓C(jī)LCI起動(dòng)控制

孫曉英

【摘 要】本文以GE公司生產(chǎn)的燃?xì)廨啓C(jī)為例進(jìn)行分析，采用Mark VI系列作為控制單元，包括起動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)和起動(dòng)變頻控制系統(tǒng)，然后按照轉(zhuǎn)速設(shè)定對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)電機(jī)進(jìn)行控制，在燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)開(kāi)始，由發(fā)電機(jī)通過(guò)變頻器從電網(wǎng)取電，轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，在燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組完成點(diǎn)火、暖機(jī)、保持自持轉(zhuǎn)速、脫扣等動(dòng)作后，利用變頻器將電動(dòng)機(jī)與電網(wǎng)脫開(kāi)；再由燃?xì)廨啓C(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。

【關(guān)鍵詞】光伏發(fā)電；配電網(wǎng)；繼電保護(hù)

中圖分類號(hào)： TM611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）14-0077-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.14.033

0 引言

隨著燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的日益成熟、天然氣資源的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，以及世界范圍內(nèi)人們對(duì)環(huán)保質(zhì)量要求的提高，燃?xì)廨啓C(jī)將逐步被人們接受并成為電力部門的主要電源之一。[1]

燃?xì)廨啓C(jī)的誕生也追溯到上世紀(jì)50年代，主要應(yīng)用于歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，當(dāng)時(shí)的燃?xì)廨啓C(jī)主要用于電力系統(tǒng)調(diào)峰，其機(jī)組容量較小且熱效率利用率也比較低，沒(méi)有得到廣泛的應(yīng)用。與火電汽輪機(jī)相比，燃?xì)廨啓C(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)就是起動(dòng)速度快，也常常被用來(lái)作為電網(wǎng)的黑起動(dòng)電源。因此，燃?xì)廨啓C(jī)最早主要用于電力系統(tǒng)調(diào)峰和備用電源使用。為了保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行以及事故下快速恢復(fù)運(yùn)行，歐美國(guó)家的研究結(jié)果表明，當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電量在整個(gè)電網(wǎng)份額的8-12%，電力系統(tǒng)具有較好的調(diào)峰性能，對(duì)電力系統(tǒng)安全運(yùn)行具有較好的作用，是非常合適的[2]。

到了上個(gè)世紀(jì)80年代以后，燃?xì)廨啓C(jī)單機(jī)容量和熱效率的逐步提高，特別是完成了燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)的應(yīng)用，燃?xì)廨啓C(jī)得到了快速的發(fā)展。另外，隨著世界范圍內(nèi)天然氣的大量發(fā)現(xiàn)并開(kāi)發(fā)，加速了燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展與應(yīng)用，不僅作為黑起動(dòng)備用電源和電力系統(tǒng)調(diào)峰電源，也肩負(fù)著電力系統(tǒng)的基荷和腰荷，逐步成為電力系統(tǒng)的主要電源之一。

之前的燃?xì)廨啓C(jī)是以燃燒天然氣體和液態(tài)燃料為前提的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)系統(tǒng)，隨著燃?xì)廨啓C(jī)在電力系統(tǒng)中的地位不斷提高，研究人員提出了提出“煤氣化燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)”方案（簡(jiǎn)稱IGCC）：其基本原理就是將煤炭置于高溫、高壓的氣化爐中進(jìn)行氣化，變?yōu)橹?、低熱值的煤氣，然后通過(guò)脫硫和洗滌，清除掉煤氣中的硫化物、堿金屬等污染成分，最后，將制造的清潔人造煤氣送到燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)中燃燒發(fā)電。

隨著世界能源的緊缺和環(huán)境保護(hù)的意義，迫使開(kāi)發(fā)高效、清潔、大容量燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)。燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)是必然將成為發(fā)電系統(tǒng)中一個(gè)重要組成部分，是電力系統(tǒng)中不可缺少的主要成員，其作用將日益顯著[3-4]。

1 燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)控制系統(tǒng)

Mark VI燃機(jī)控制系統(tǒng)的機(jī)柜布置較以往不同，也不向其他的DCS系統(tǒng)，整個(gè)控制系統(tǒng)集成于TCC間，采用集裝箱布置，運(yùn)輸方便，現(xiàn)場(chǎng)接線方便，縮短了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間，Mark VI系統(tǒng)可以用作簡(jiǎn)單控制或者帶單個(gè)或者多個(gè)機(jī)架、也可以就地或者遠(yuǎn)程I/O的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件冗余（TMR）控制。I/O接口設(shè)計(jì)用于燃?xì)廨啓C(jī)上的傳感器和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的直接接口，免除對(duì)插入儀器的需求，還避免了和該儀器相關(guān)的可靠性和維護(hù)方面的事情。

Mark VI控制系統(tǒng)硬件包括：機(jī)柜、網(wǎng)絡(luò)、操作員接口、控制器、I/O板、端子板和保護(hù)模塊、計(jì)算機(jī)控制器、密碼狗、其他各種輸入輸出I/O卡件、電液伺服板卡閥、就地接線柜、控制柜、監(jiān)控器、專用傳輸網(wǎng)絡(luò)和交換機(jī)等相應(yīng)設(shè)備。具體控制網(wǎng)絡(luò)單元結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1所示為燃?xì)廨啓C(jī)常用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。第一層是工廠數(shù)據(jù)層，這一層網(wǎng)絡(luò)有工程師站、服務(wù)器、控制臺(tái)操作員站、打印機(jī)、通過(guò)路由器可以接到因特網(wǎng)，從世界上任何一個(gè)地方都可以啟動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)；第二層是單元數(shù)據(jù)層，這一層網(wǎng)絡(luò)上主要掛載的設(shè)備有燃?xì)廨啓C(jī)控制、發(fā)電機(jī)控制、發(fā)電機(jī)保護(hù)、其他的PLC控制器；第三層是I/O層，主要是將控制器和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接到一起，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行判別和傳輸。這三層網(wǎng)絡(luò)各自都有自己的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，以及與之對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，每層之間還有自己的傳輸方式。

工廠級(jí)數(shù)據(jù)控制層：Mark VI控制系統(tǒng)用于與天然氣廠或其他設(shè)備制造商的其他控制系統(tǒng)進(jìn)行通信，使用DCS通信支持它的協(xié)議有TCP /IP GSM和RS232/485 Modbus協(xié)議。硬件由帶有用于較長(zhǎng)距離（如到中心控制室）的可選光纖輸出的兩個(gè)冗余以太網(wǎng)開(kāi)關(guān)組成。至于小系統(tǒng)，若沒(méi)有在UDH上的對(duì)等網(wǎng)絡(luò)控制，PDH和單元數(shù)據(jù)總線（UDH）可能實(shí)際上是同一網(wǎng)絡(luò)。和電廠分散控制系統(tǒng)的通信可以使用外部通信連接。從HMI可以提供用Modbus協(xié)議（RTU二進(jìn)制）的串聯(lián)連接。這就允許DCS操作員訪問(wèn)實(shí)時(shí)汽機(jī)數(shù)據(jù)，并提供離散和模擬命令傳送到汽機(jī)控制。此外，還有從HMI連接的以太網(wǎng)支持和操作員響應(yīng)的速度一致的定期數(shù)據(jù)信息，還支持分辨率為毫秒的時(shí)間標(biāo)記的事件順序（SOE）信息。

2 LCI靜態(tài)啟動(dòng)系統(tǒng)

LCI（Load Commutated Inverter）是用于靜態(tài)起動(dòng)裝置的起動(dòng)器，是靜態(tài)變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，基本電路包括電源側(cè)變頻器和負(fù)載側(cè)逆變器，均通過(guò)相位控制，實(shí)現(xiàn)電源側(cè)向負(fù)載側(cè)提供負(fù)載功率，并完成可調(diào)轉(zhuǎn)矩，從而控制其速度，實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)。

LCI靜態(tài)啟動(dòng)系統(tǒng)主要用于控制起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，當(dāng)電機(jī)從靜止開(kāi)始進(jìn)行起動(dòng)時(shí)，不需要向變頻器提供換向電壓。因此，起動(dòng)時(shí)需用其它的換向方式進(jìn)行，并使電動(dòng)機(jī)加速至電機(jī)所需足夠電壓方可換向，速度約為電機(jī)額定速度的10%。

本文設(shè)計(jì)的MARK VI燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)控制，LCI通過(guò)與勵(lì)磁系統(tǒng)（型號(hào)為EX2100）結(jié)合。MARK VI控制給LCI提供運(yùn)行信號(hào)，包括扭矩和速度信號(hào)，并進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。LCI接收到信號(hào)，采用雙閉環(huán)控制的方式向發(fā)電機(jī)定子提供變頻電源。而EX2100通過(guò)LCI控制，進(jìn)行調(diào)節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)的勵(lì)磁電流，通過(guò)控制燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流和定子電流，使得發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速至同步速度。

對(duì)Mark VI控制系統(tǒng)軟件部分做的主要任務(wù)是，研究掌握Mark VI控制系統(tǒng)邏輯編程軟件Toolbox，對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)Mark VI控制系統(tǒng)功能進(jìn)行分析，最后研究邏輯代碼和應(yīng)用程序。

打開(kāi)機(jī)組邏輯程序文件，進(jìn)入邏輯編程Toolbox界面，連接控制器R、S、T其中一個(gè)，或隨機(jī)打開(kāi)任何一個(gè)，此界面上側(cè)顯示工程名稱、文件編輯、設(shè)備連接、查找下載工具、標(biāo)題狀態(tài)等內(nèi)容，在圖片下側(cè)，顯示2級(jí)密碼，離線狀態(tài)。

3 結(jié)論

研究了燃?xì)廨啓C(jī)Mark VI控制系統(tǒng)，包括燃?xì)廨啓C(jī)Mark VI控制系統(tǒng)硬件、Mark VI控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)功能，以及每級(jí)網(wǎng)絡(luò)的作用，Mark VI控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，并結(jié)合硬件的特點(diǎn)，較為詳細(xì)的分析控制系統(tǒng)的可靠性和通用性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]郎朗.9FA燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)分析[D].吉林大學(xué)，2011.

[2]王歡.燃?xì)廨啓C(jī)輔機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究[D].燕山大學(xué)，2015.

[3]趙永珍.干式低NOx燃燒器燃燒檢測(cè)與控制研究[D].華北電力大學(xué)，2013.

[4]李勇.GE燃?xì)廨啓C(jī)Mark VI控制系統(tǒng)研究及調(diào)試[D].浙江大學(xué)，2007.