史書(shū)臣

(天津信達(dá)自動(dòng)化工程有限公司，天津 300457)

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基于GCP31模塊的發(fā)電機(jī)組并車(chē)與負(fù)荷分配控制系統(tǒng)

史書(shū)臣

(天津信達(dá)自動(dòng)化工程有限公司，天津 300457)

摘要：以海洋石油平臺(tái)發(fā)電機(jī)組并車(chē)與負(fù)荷分配控制系統(tǒng)工程為實(shí)例，從控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、系統(tǒng)功能與特性、系統(tǒng)控制對(duì)象、系統(tǒng)控制工作原理、系統(tǒng)工作特性等方面，論述了基于GCP31綜合控制器設(shè)計(jì)的發(fā)電機(jī)組并車(chē)與負(fù)荷分配自動(dòng)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可根據(jù)各發(fā)電機(jī)組的實(shí)際工況和電氣負(fù)載工況，精確可靠地實(shí)現(xiàn)多臺(tái)發(fā)電機(jī)組之間的負(fù)荷分配和平穩(wěn)的發(fā)電機(jī)組并車(chē)。

關(guān)鍵詞：GCP31綜合控制器自動(dòng)控制負(fù)荷并車(chē)

某海洋石油平臺(tái)由于生產(chǎn)擴(kuò)能需要，在其附近新建設(shè)一座發(fā)電動(dòng)力輔助平臺(tái)。為了給原石油生產(chǎn)平臺(tái)的工藝生產(chǎn)提供足夠的電力并更好地完成電力負(fù)荷分配與控制，需將新建動(dòng)力平臺(tái)與原石油生產(chǎn)平臺(tái)的發(fā)電機(jī)組進(jìn)行并車(chē)，以滿足石油生產(chǎn)平臺(tái)在安全生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)電力的需求。為此針對(duì)新老石油平臺(tái)發(fā)電機(jī)組的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了基于GCP31模塊的發(fā)電機(jī)組并車(chē)與負(fù)荷分配控制系統(tǒng)。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖1　系統(tǒng)連接結(jié)構(gòu)示意

基于新/老3臺(tái)發(fā)電機(jī)組控制盤(pán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與電氣特性以及GCP31控制模塊的工作特性和控制功能，設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)組并車(chē)與負(fù)荷控制系統(tǒng)的系統(tǒng)采集與控制連接結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

發(fā)電機(jī)組并車(chē)與負(fù)荷控制系統(tǒng)的監(jiān)控操作功能，由平板工業(yè)監(jiān)控計(jì)算機(jī)，綜合控制器GCP31，CT/PT，負(fù)載開(kāi)關(guān)輔助觸點(diǎn)，控制機(jī)柜，調(diào)速/調(diào)壓控制盤(pán)等共同實(shí)現(xiàn)，監(jiān)控系統(tǒng)連接網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D2所示。

監(jiān)控計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)采用Windows Sever 2003；綜合控制器GCP31和聯(lián)合控制器LS4的供電電源采用冗余供電方式設(shè)計(jì)，以提高其工作的可靠性；CT/PT/干觸點(diǎn)為高壓配電盤(pán)中專用于監(jiān)控系統(tǒng)的電流互感器和電業(yè)互感器、負(fù)載開(kāi)關(guān)的輔助干觸點(diǎn)。

3系統(tǒng)功能與特性

3.1系統(tǒng)控制對(duì)象

圖2　監(jiān)控系統(tǒng)連接網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽?/p>

發(fā)電機(jī)組并車(chē)與負(fù)荷控制系統(tǒng)的控制對(duì)象是石油平臺(tái)生產(chǎn)裝置中原有透平發(fā)電機(jī)組和擴(kuò)容新增建的透平發(fā)電機(jī)組，該兩套發(fā)電機(jī)組的調(diào)速與調(diào)壓均為DROOP/ISOCH方式，調(diào)速、調(diào)壓外部接收信號(hào)均為干觸點(diǎn)信號(hào)。

3.2系統(tǒng)控制原理

基于綜合控制器GCP31設(shè)計(jì)的負(fù)荷分配裝置，充分利用新老透平發(fā)電機(jī)組和10.5 kV配電盤(pán)上的原有設(shè)施及功能，為每臺(tái)透平發(fā)電機(jī)組配置1臺(tái)GCP31，控制系統(tǒng)配置2臺(tái)LS4控制模塊。在3臺(tái)發(fā)電機(jī)控制盤(pán)和10.5 kV配電盤(pán)的2個(gè)母聯(lián)(SCB3和VCB2)上均有同步并車(chē)裝置，負(fù)荷分配裝置設(shè)計(jì)不考慮同步并車(chē)功能；發(fā)電機(jī)的調(diào)速、調(diào)壓由發(fā)電機(jī)本體的調(diào)速、調(diào)壓系統(tǒng)完成，負(fù)荷分配裝置起修正作用。

系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)組合閘后，高壓盤(pán)斷路器反饋觸點(diǎn)發(fā)送到GCP31，控制器通過(guò)機(jī)組側(cè)的三相 PT/CT感應(yīng)發(fā)電機(jī)組本機(jī)的負(fù)荷量大小，并通過(guò)CANBus總線網(wǎng)絡(luò)與其他發(fā)電機(jī)組的GCP31控制器通信，確認(rèn)其他機(jī)組是否合閘(雙機(jī)或三機(jī))并比較負(fù)荷。如果機(jī)組間的負(fù)荷不同，GCP31控制器將通過(guò)調(diào)壓/調(diào)頻信號(hào),提升/降低頻率或電壓以平衡負(fù)荷，并保持穩(wěn)定分配狀態(tài)。

針對(duì)并車(chē)發(fā)電機(jī)組的容量和種類，通過(guò)軟件設(shè)置發(fā)電機(jī)組特性，GCP31均可完成發(fā)電機(jī)組成比例的負(fù)荷分配。該控制器通過(guò)各發(fā)電機(jī)的專用CT和PT獲得機(jī)組的電流、電壓、頻率輸出信號(hào)，監(jiān)測(cè)并控制各發(fā)電機(jī)的有功及無(wú)功負(fù)載的分配，與各發(fā)電機(jī)控制盤(pán)的調(diào)速、調(diào)壓裝置密切配合。

2臺(tái)或3臺(tái)發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行時(shí)，為了確保負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，發(fā)電機(jī)能夠在要求的頻率及電壓指標(biāo)下穩(wěn)定運(yùn)行，GCP31將根據(jù)系統(tǒng)負(fù)載狀況，向各發(fā)電機(jī)控制盤(pán)發(fā)送升/降信號(hào)，通過(guò)發(fā)電機(jī)調(diào)速器和電壓調(diào)節(jié)器修正或改變系統(tǒng)的負(fù)載的分配。

1) 頻率控制。由發(fā)電機(jī)控制盤(pán)的速度調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)給定頻率來(lái)保持發(fā)電機(jī)組的頻率處于穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)頻率的給定值也可以通過(guò)GCP31以自動(dòng)或手動(dòng)方式修正和調(diào)節(jié)。當(dāng)頻率超出規(guī)定的調(diào)節(jié)范圍時(shí)，GCP31根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷變化發(fā)出相應(yīng)的升/降脈沖信號(hào)，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的頻率；脈沖的長(zhǎng)度與頻率誤差的大小成比例，為了減小頻率預(yù)調(diào)，脈沖長(zhǎng)度可在1～15個(gè)脈沖范圍內(nèi)調(diào)整。頻率控制與發(fā)電機(jī)的功率控制緊密相關(guān)，所以每一臺(tái)發(fā)電機(jī)的控制將同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)頻率及系統(tǒng)有功功率的大小來(lái)輸出升/降脈沖信號(hào)進(jìn)行控制。

2) 有功功率控制。由發(fā)電機(jī)控制盤(pán)根據(jù)發(fā)電機(jī)的實(shí)際輸出功率值調(diào)節(jié)調(diào)速器給定值，同時(shí)該給定值也可通過(guò)GCP31發(fā)出的升/降脈沖信號(hào)進(jìn)行修正調(diào)節(jié)。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，GCP31可根據(jù)發(fā)電機(jī)的實(shí)際輸出能力按比例地分配并列運(yùn)行發(fā)電機(jī)間的有功負(fù)載；當(dāng)功率超出允許的比例范圍時(shí)，其發(fā)出相應(yīng)的升/降脈沖信號(hào)，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出功率；該脈沖的長(zhǎng)度與功率偏差值的大小成比例，脈沖長(zhǎng)度可在1～15個(gè)脈沖范圍內(nèi)調(diào)整，與頻率控制緊密相關(guān)，發(fā)出的脈沖信號(hào)將與頻率控制為同一信號(hào)。

3) 電壓控制。由發(fā)電機(jī)控制盤(pán)的AVR電壓調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)給定電壓以維持電壓的穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)電壓的給定值也可由GCP31發(fā)出的升/降脈沖信號(hào)進(jìn)行修正和調(diào)節(jié)。當(dāng)系統(tǒng)電壓信號(hào)超出規(guī)定的調(diào)節(jié)范圍時(shí)，GCP31發(fā)出相應(yīng)的升/降的脈沖調(diào)節(jié)信號(hào)；脈沖的長(zhǎng)度與電壓偏差值的大小成比例，脈沖長(zhǎng)度可調(diào)整，范圍在1～15個(gè)脈沖，并與系統(tǒng)的無(wú)功功率控制緊密相關(guān)，所發(fā)出的脈沖信號(hào)將與無(wú)功功率控制為同一信號(hào)。

4) 無(wú)功功率控制。由發(fā)電機(jī)控制盤(pán)的AVR電壓調(diào)節(jié)器控制，同時(shí)GCP31給出的升/降脈沖信號(hào)也可調(diào)節(jié)及修正AVR調(diào)節(jié)器的給定值。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生改變時(shí)，GCP31可根據(jù)各發(fā)電機(jī)組之間的無(wú)功功率輸出能力，按比例分配各發(fā)電機(jī)的無(wú)功輸出；當(dāng)無(wú)功功率超出各發(fā)電機(jī)允許的比例范圍時(shí)，通過(guò)發(fā)出相應(yīng)的升/降脈沖信號(hào)調(diào)節(jié)整個(gè)系統(tǒng)的無(wú)功功率分配；該脈沖長(zhǎng)度與無(wú)功功率偏差值的大小成比例，脈沖長(zhǎng)度可在1～15個(gè)脈沖范圍內(nèi)調(diào)整，并與系統(tǒng)電壓控制密切相關(guān)，其脈沖控制信號(hào)與電壓控制信號(hào)為同一信號(hào)。

3.3系統(tǒng)工作特性

每臺(tái)發(fā)電機(jī)配置的GCP31，從相應(yīng)發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)配電盤(pán)PT和CT上獲得本機(jī)的電壓和電流，以感測(cè)本機(jī)組承擔(dān)有功和無(wú)功功率負(fù)荷的大?。籊CP31接收檢測(cè)發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)的狀態(tài)以及母聯(lián)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)，使負(fù)荷分配裝置判斷是否激活負(fù)荷分配功能。

若3臺(tái)發(fā)電機(jī)組中任意2臺(tái)發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)閉合且這2臺(tái)機(jī)組之間母聯(lián)開(kāi)關(guān)閉合，或3臺(tái)發(fā)電機(jī)組出口開(kāi)關(guān)和母聯(lián)開(kāi)關(guān)全部閉合時(shí)，負(fù)荷分配裝置發(fā)揮負(fù)荷分配功能，其他工況負(fù)荷分配功能失效。

3臺(tái)發(fā)電機(jī)組GCP31之間用CANBus通信線進(jìn)行連接，通過(guò)機(jī)組對(duì)發(fā)電機(jī)組的有功、無(wú)功功率大小的比較，向發(fā)電機(jī)遙控盤(pán)發(fā)出相應(yīng)的調(diào)速或調(diào)壓信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)之間按比例分配負(fù)荷(包括有功和無(wú)功功率)。發(fā)電機(jī)遙控盤(pán)均接收調(diào)速、調(diào)壓干觸點(diǎn)信號(hào)，各開(kāi)關(guān)的狀態(tài)信號(hào)均為干觸點(diǎn)形式；LS4控制模塊通過(guò)CANBus總線與GCP31控制模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸交換。

4結(jié)束語(yǔ)

基于GCP31控制模塊和LS4控制模塊設(shè)計(jì)的發(fā)電機(jī)組并車(chē)與負(fù)荷分配控制系統(tǒng)，已實(shí)際投入使用。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)合理調(diào)整后，控制系統(tǒng)控制工作穩(wěn)定，負(fù)荷分配控制響應(yīng)及時(shí)，能夠根據(jù)各個(gè)發(fā)電機(jī)組的實(shí)際工況和負(fù)載情況，精確地實(shí)施發(fā)電機(jī)組之間的負(fù)荷分配和平穩(wěn)的發(fā)電機(jī)組并車(chē)，應(yīng)用效果良好。

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中圖分類號(hào)：TP273

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1007-7324(2015)02-0071-03

作者簡(jiǎn)介：史書(shū)臣，男，1989年畢業(yè)于沈陽(yáng)化工學(xué)院生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化及計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)，主要從事過(guò)程控制、機(jī)電設(shè)備控制設(shè)計(jì)及大型工程項(xiàng)目管理等工作，任高級(jí)工程師、總工程師。

稿件收到日期： 2014-10-31。