淺談基于PLC的負(fù)荷分配系統(tǒng)

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

關(guān)鍵詞：汽輪發(fā)電機(jī)組；負(fù)荷分配；PLC

孤島運行中的工業(yè)汽輪發(fā)電機(jī)組，因為生產(chǎn)需要，其負(fù)荷波動會比較大，造成嚴(yán)重的負(fù)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(jī)組，一般采用負(fù)荷分配的方法讓機(jī)組穩(wěn)定運行。

1 負(fù)荷分配控制方式

1.1 采用負(fù)荷分配器的特點

采用負(fù)荷分配的方法有很多。對于有多臺汽輪發(fā)電機(jī)組的工廠，對負(fù)荷分配的要求會比較高，一般要采用專門的負(fù)荷分配器組成負(fù)荷分配系統(tǒng)，如WOODWAED公司DSLC和MSLC。每臺機(jī)組配一個DSLC，再與工廠母線上MSLC通迅進(jìn)行負(fù)荷分配。這些產(chǎn)品功能強(qiáng)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(jì)性

PLC廣泛應(yīng)用于工業(yè)汽輪機(jī)的過程控制系統(tǒng)中。對于只有兩臺機(jī)組的工廠，它的負(fù)荷分配控制就容易得多了。采用PLC來進(jìn)行負(fù)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(fù)荷分配器，節(jié)省成本。而且現(xiàn)場也不需安裝負(fù)荷分配器的機(jī)柜，節(jié)省空間。

2 負(fù)荷分配系統(tǒng)組成

2.1 機(jī)組系統(tǒng)組成

假設(shè)只有兩臺額定功率分別為G1和G2的1#機(jī)組和2#機(jī)組，那么1#機(jī)組采用頻率控制，用于穩(wěn)定頻率。2#機(jī)組則采用負(fù)荷控制。而負(fù)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(jī)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(yīng)用于發(fā)電機(jī)，故應(yīng)組態(tài)發(fā)電機(jī)斷路器狀態(tài)、網(wǎng)側(cè)開關(guān)狀態(tài)觸點輸入。當(dāng)網(wǎng)側(cè)開關(guān)斷開時機(jī)組便處于頻率控制模式，只有當(dāng)網(wǎng)側(cè)開關(guān)和發(fā)電機(jī)斷路器都合上時，機(jī)組才處于負(fù)荷控制模式。用于頻率控制的1#機(jī)組網(wǎng)側(cè)開關(guān)點取電廠與外電網(wǎng)斷路器的開關(guān)點，發(fā)電機(jī)斷路器測點取自身的發(fā)電機(jī)斷路器狀態(tài)點。而用于負(fù)荷控制模式的2#機(jī)組，505網(wǎng)側(cè)開關(guān)測點則要取頻率控制機(jī)組的發(fā)電機(jī)斷路器狀態(tài)點，發(fā)電機(jī)斷路器測點取自身發(fā)電機(jī)斷路器狀態(tài)點。因為孤島運行中的汽輪發(fā)電機(jī)組，它的網(wǎng)側(cè)開關(guān)是斷開的，故1#機(jī)組可處于頻率控制模式。而兩臺機(jī)組的發(fā)電機(jī)斷路器都是閉合的，故2#機(jī)組可處于負(fù)荷控制模式。此外，2#機(jī)組還應(yīng)采用輔助控制模式。在505上組態(tài)輔助控制使能、輔助遠(yuǎn)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(fù)荷分配功能。在模擬量輸入/輸出方面，兩臺機(jī)組的505都組態(tài)一個功率輸出點，輸出4～20mA信號至2#機(jī)組的PLC，方便功率運算。2#機(jī)組505還應(yīng)組態(tài)一個輔助遠(yuǎn)程給定值輸入信號以接受經(jīng)PLC運算后的功率目標(biāo)值。

2.3 PLC控制系統(tǒng)

兩臺機(jī)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(jìn)行處理。除了具有基本的功能外，2#機(jī)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(jī)界面組態(tài)

人機(jī)系統(tǒng)方面，采用PROFACE觸摸屏，主要在2#機(jī)組上增加負(fù)荷分配功能畫面。畫面中有輔助控制使能、輔助遠(yuǎn)程控制使能、輔助升和輔助降等功能按鈕、機(jī)組功率顯示及輔助遠(yuǎn)程給定值。通過RS232或TCP/IP協(xié)儀與PLC進(jìn)行通訊，實現(xiàn)負(fù)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(dāng)在人機(jī)界面上投入輔助控制使能按鈕時，505便進(jìn)入輔助控制模式，可在人機(jī)界面上手動點擊輔助升或輔助降按鈕改變2#機(jī)組的負(fù)荷給定目標(biāo)值。同時，1#機(jī)組的負(fù)荷也會隨著2#機(jī)組負(fù)荷相應(yīng)地改變，最終達(dá)到負(fù)荷分配目的。

3.2 自動調(diào)節(jié)方式

當(dāng)人機(jī)界面上的輔助控制使能和輔助遠(yuǎn)程控制使能按鈕都投入時，負(fù)荷分配系統(tǒng)便處自動模式。假設(shè)負(fù)荷分配之前機(jī)組所帶負(fù)荷分別為P1和P2，則工廠總負(fù)載P=P1+P2。這時將負(fù)荷按比例重新分配，2#機(jī)組所得的負(fù)荷為P22=P2*（G1+G2）/P，將P22送至505輔助遠(yuǎn)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(dāng)廠內(nèi)負(fù)荷突然降低時，1#機(jī)組的負(fù)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(jī)組，這時，處于運行中的機(jī)組應(yīng)當(dāng)為頻率控制模式才能穩(wěn)定地運行。如果停2#機(jī)組，那么處于頻率運行的1號機(jī)組便可承擔(dān)全廠負(fù)荷并且穩(wěn)定頻率。如果停1#機(jī)組，那么負(fù)荷控制的2#機(jī)組便會由于1#機(jī)組的發(fā)電機(jī)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(jī)組負(fù)荷分配系統(tǒng)，能對機(jī)組負(fù)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(jī)-聯(lián)機(jī)運行的無憂切換。雖然基于PLC的負(fù)荷分配系統(tǒng)與專門的負(fù)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。

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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(tuán)有限公司助理工程師，主要從事熱能動力設(shè)備電氣設(shè)計及調(diào)試方面工作。