PLC在小型水電站準同期并網控制中的應用研究

湯春林

摘? 要：電力是鄉村振興的基礎，美麗鄉村建設離不開農村電氣化的發展。在陜南安康地區，水力資源充沛，水力發電在鄉村振興中發揮著重要作用，但由于資金缺乏，部分小水電站設備陳舊、技術落后、能量轉換效率偏低。該文通過對水力發電的研究，結合安康地區小水電發展的實際情況，提出一種基于PLC控制的小水電準同期并網及發電機并網保護控制系統，以提高運行可靠性，改善生產效益。

關鍵詞：準同期并網? 控制策略? 合閘提前角? 調頻調壓

中圖分類號： TM62? 文獻標識碼：A? ?文章編號：1672-3791（2021）10（b）-0000-00

Application of PLC in Quasi Synchronous Grid Connection Control of Small Hydropower Station

TANG? Chunlin

（Ankang Vocational and Technical College， Ankang， Shaanxi Province， 725000 China）

Abstruct： Electric power is the basis of Rural Revitalization. The construction of beautiful countryside is inseparable from the development of rural electrification. In Ankang area of Southern Shaanxi， there are abundant hydraulic resources， and hydropower plays an important role in Rural Revitalization. However， due to the lack of funds， some small hydropower stations have outdated equipment， backward technology and low energy conversion efficiency. Through the research on hydropower generation and combined with the actual situation of small hydropower development in Ankang area， this paper proposes a quasi synchronous grid connection and generator grid connection protection control system of small hydropower based on PLC control， so as to improve operation reliability and production efficiency.

Key Words： Quasi synchronous grid connection; Control strategy; Closing advance angle; Frequency modulation and voltage regulation

1? 提出背景

電力是鄉村振興的基礎，美麗鄉村建設離不開農村電氣化的發展。隨著國家節能減排政策的實施，水電、風電、光伏發電等環保型能源逐漸引起人們的重視，在水力資源豐富的鄉村，水力發電具有較高的經濟效益，逐漸成為鄉村電力的重要組成部分[1-2]。

小型水電站在鄉村振興中發揮著重要作用，但大部分小水電站由于資金缺乏，建站時間長，設備陳舊、技術落后、能量轉換效率偏低;相當多水電站缺乏技術資料，運行方式粗放;停機事故多，檢修時間長，嚴重影響發電量及運行效益。

在農村小型水電站中，大部分水電站只有一兩臺小型機組，由于資金有限，很多投資商不愿意采用價格比較高的微機準同期并網裝置，導致大部分電站沒有及時進行設備更新，很多水電站目前還采用手動并網裝置。為了改善小水電的生產效益，提高供電可靠性，滿足廣大用戶的用電質量要求，該文通過水力發電的研究，結合安康地區小水電發展的實際情況，提出一種基于PLC控制的小水電準同期并網及發電機并網保護控制系統。

2? 硬件設計

該設計核心PLC由西門子CPU224及數字量混合輸入輸出模塊EM233、電源模塊組成。準同期并網裝置組成框圖如圖1所示。

PLC與上位機通信設計，選用RS485標準接口，將PLC采集的發電機、電網電壓、電流、頻率、勵磁電壓信號實時傳送出來，實現實時監控。

3控制策略

準同期并網過程中頻率、電壓調節控制策略，電壓、頻率調節過程中采用“九宮圖”策略，將合閘允許電壓、頻率偏差按上、下限分為9個區域，不同區域采用不同的控制策略。

分區控制策略分析[3]：

0區，電壓合格，頻率合格，等待主機發合閘命令，合閘;

1區，電壓越限，頻率合格，減勵磁電壓，至電壓合格，1區到0區，等待合閘;

2區，頻率偏低，電壓偏高，先調頻，再調壓，2區到1區再到0區，等待合閘;

3區，電壓合格，頻率偏低，先調頻，再調壓，3區到1區再到0區，等待合閘;

4區，電壓偏低，頻率偏低，先調頻，再調壓，4區到5區再到0區，等待合閘;

5區，電壓偏低，頻率合格，增勵磁電壓，至電壓合格，5區到0區，等待合閘;

6區，電壓偏低，頻率偏高，先調頻，再調壓，6區到5區再到0區，等待合閘;

7區，電壓合格，頻率偏高，先調頻，再調壓，7區到5區再到0區，等待合閘;

8區，電壓偏高，頻率偏高，先調頻，再調壓，8區到1區再到0區，等待合閘。

4軟件設計

（1）合閘主程序流程見圖3。

（2）合閘提前角：考慮斷路器動作時間T，合閘信號發出時間應在相位相同時刻之前。差頻電壓經硬件電路運用相位比較原理形成差頻三角波，經PLC計算越前時間，合閘提前角子程序流程見圖4[4]。

（3）逆功率保護：逆功率保護是小水電發電機并網的重要保護設備，cos?φ型逆功率繼電器最符合發電機對逆功率保護的要求，本設計采用微機型cos?φ逆功率保護[5-6]。

5? 仿真模擬

利用STEP7 PLC編程軟件進行仿真調試，結合安康職業技術學院工程實訓中心二次變電實訓平臺進行實驗模擬，證實該方案在理論上可實現準同期并網控制。

參考文獻

[1] 冒卓影.共生視角下的廣州都市邊緣鄉村住宅更新改造設計策略研究[D].廣州：華南理工大學，2020.

[2] 敖文宇.區域環境治理視角下節能減排政策評價研究[D].廣州：華南理工大學，2020.

[3] 袁石良.電力系統動態頻率和相量測量算法及其應用研究[D].北京：中國礦業大學（北京），2018.

[4] 高桑田.基于毫米波雷達的內輪差盲區監測系統設計研究[D].鄭州：鄭州大學，2020.

[5] 張莉楠.毫米波雷達的汽車防撞系統信號處理研究[D].重慶：重慶理工大學，2019.

[6] 王振奇.合成孔徑激光雷達收發系統設計[D].西安：西安電子科技大學，2020.