工厂电网快速减（甩）载系统

2021-06-30李宏伟

工程技术与管理 2021年8期

李宏伟

海南金海浆纸业有限公司，中国·海南洋浦经济开发区 570100

1 引言

通过Power SCADA电网监控系统结合PLC控制系统。由生产运行人员预先对需要甩载的配电开关进行提前选择，在设备出现异常时，对电网中中央配电系统的出线开关或车间MCC进线、出线开关进行快速自动分闸，实现快速减负载，将异常对电网的影响降到最低，提高电网的稳定性和可靠性。

2 背景技术

在一些大型工厂内部都有自备电站，构成了一个小型的电网，当电网内部有故障时，需要将故障范围尽可能地缩小，将一些负载尽快解列，以便保证内部电网的稳定与安全，同时尽可能地减少生产损失和设备损坏[1]。目前能了解到的一些解列方法与装置存在以下几个缺点：①所采用的算法复杂，具体实现起来困难，根本不是非专业厂家的技术人员所能做到的；②成套装置费用昂贵，一般的企业无法承担。

为了实现电力系统的安全稳定运行，论文介绍的新型减载系统为电力系统解列提供了一个简单有效、经济实用的解决方案。

该新型电网快速减载系统所采用的技术方案是：采用市面普通的PLC加人机界面加以实现，可以在手动和自动模式间自由选择。当采用自动模式时，由操作员在人机界面上激活需要解列的发电机，再选择对应的要解列厂区（用户端），将数据保存到PLC CPU中，当发电机异常跳车（锅炉异常也会导致发电机异常）、电网频率过低时等异常时（这些解列的触发信号根据实际需要可做相应的调整），解列的触发信号被激活，PLC通过DO信号输出卡发送解列信号到被选中解列厂区的现场开关，将相应设备解列。采集解列的触发信号和输出解列信号均分散在各个现场，通过光纤与PLC CPU通信，实现快速解列，保证了电力系统的安全与稳定。

3 本快速减载系统的主要效益

只需投入很低的成本，用比较简单的算法，就能在大型工厂的内部实现电网的稳定。当电网中出现异常时（发电机跳闸和电网频率过低），可根据电网及生产需要快速并有效地对电网中的负载进行解列，最大限度地维护电网稳定和保护相关设备，避免整个电力系统崩溃。下面结合附图和实例对本实用新型进一步说明。

3.1 系统的结构和算法

①TCP/IP网络；②光纤连接的Profibus通讯；③光纤连接的Profibus通讯；④SCADA系统服务器1#；⑤SCADA系统服务器2#；⑥工程师站ES；⑦操作员站OS；⑧DAC通讯设备ECM；⑨解列系统PLC CPU S7-400解列控制器；⑩解列系统PLC现场IO卡；⑪现场配电房继电保护设备；⑫现场配电房配电断路器（后接用户端）；⑬现场配电房继电保护开关柜；⑭采集TG发电机运行状态信号的PLC现场IO卡。

如图1所示，发电机可以有多台，用户端也可以有很多，根据实际情况而定。在TG1激活解列的情况下，当TG1跳闸，被选中的用户端（有√），则自动会被解列，没有被选中的用户端则不会被解列，保证其他用户的正常用电，如图2所示。

图1 Power SCADA系统和减载装置的系统架构

图2 自动解列算法示意图

具体实施方式如下：

第一，将电网的复杂情况进行简化，只考虑发电机的跳闸信号和电网频率低（具体低到多少视实际需求而定）这两大类情况。

第二，将发电机的跳闸信号和电网频率低信号通过10、14的现场IO卡进行采集到PLC CPU 9中。

第三，解列算法：假定有2台发电机（TG1、TGn），4个用户端12（A、B、C、D、E），具体操作如下。

A.在操作员站OS 7上添加选择按钮，用于确认发电机跳闸和电网频率低是否激活解列；以及解列哪些用户端，并将这些数据保存到PLC中。

B.在TG1或TGn激活解列的情况下，当TG1或TGn跳闸，被选中的用户端（有√）则自动会被解列，没有被选中的用户端则不会被解列，保证其他用户的正常用电。

C.也可手动解列，操作员激活手动解列按钮，再选择要解列的用户端12即可实现手动解列，主要用于调试。

D.在PLC CPU 9中进行对应的程序编写，实现以上功能。

E.硬件的匹配：PLC CPU 与现场I/O卡10、14采用光纤通信，通信协议为PROFIBUS协议，保证通信的品质与快速。

操作员在选择用户端时，被选中用户端的总电量要与对应发电机的发电量尽可能地接近，减少解列后对电网的冲击。

3.2 Loadshedding系统组成：硬件和软件

3.2.1 硬件

Loadshedding系统硬件主要由西门子S7-400 PLC CPU，使用CP通信卡与PowerSCADA Monitoring监控系统进行数据交换，汽轮机跳机、锅炉跳机信号的输入采集以及下端各MCC开关甩载动作信号输出使用西门子ET200S IO卡片。各IO站与PLC CPU之间使用Profibus-DP通信，远距离使用光缆连接。

3.2.2 软件

Loadshedding系统的编程软件使用西门子Step 7编程软件Simatic Manager进行甩载逻辑的编写。

3.3 减载系统编程组态说明：预先选择、减载动作激活条件

减载逻辑功能部分，通过调用PLC通用功能块进行编程实现。具体使用方式说明如下：

FC1：将用户在画面上选择的项（存放在第一级数据块），根据画面上“save”的动作来判断所选中的项是否将其保存到第二级数据块中（作为反馈与减载）。

FB1:根据第二级数据块与跳脱判断条件来判断是否输出到DO点动作。

FC5:将上位机写到PLC中DB26的数据分块存到DB1……DB15中；将PLC反馈值从DB2……DB16集中存到DB27中；DB26用于直接接收PC所发送的数据，DB27用于将数据集中后直接发送给PC。

如图3所示，DB1代表TG1跳脱时选择开关项，点击“SAVE”后，数据被存放在DB2并被FB1调用，当TG1甩载功能被“Enable”并且TG1跳车时，甩载条件满足，PLC输出分闸信号，甩掉与TG1对应的被选择开关，快速减少电网负载。

图3 逻辑程序流程示意图

通信程序说明如下：

第一，将DB31定义为通信参数设定数值存放的数据块。

第二，在Network组态中插入一类型为“TCP CONNECT”的网络连接。

第三，根据需要先在OB100里面初始化FB108里面的参数。

第四，在0B1中正式调用FB108，将DB31中相应的参数赋值给FB108 的对应引脚。

其中，FB108的具体功能介绍请参考说明书。

3.4 MODBUS TCP网络组态步骤

在硬件组态已完成的基础上，具体操作如下：

第一，打开Network，选中其中Simatic400 Sation的CPU，右击选中Insert New Connection。

第二，弹出一“Insert New Connection”的对话框，其他默认，在Connection项中Type选项中选TCP Connection，然后点击OK。

第三，在生成网络的Properties里设定。①General Information项中可使用默认设置，但其中的Block parameter中的LADDR，ID的值在FB108 中使用；②Address项中，Port选项不能大于2000，一般可填502，对方需根据这个来做对应设定，Remote项中一般不填，如需固定接收方时才根据需要填写对方IP；③其他可用默认（接收方式一般选send/recv）。