基于GCP31模塊的發電機組并車與負荷分配控制系統

史書臣

(天津信達自動化工程有限公司，天津 300457)

?

基于GCP31模塊的發電機組并車與負荷分配控制系統

史書臣

(天津信達自動化工程有限公司，天津 300457)

摘要：以海洋石油平臺發電機組并車與負荷分配控制系統工程為實例，從控制系統設計、控制系統網絡拓撲、系統功能與特性、系統控制對象、系統控制工作原理、系統工作特性等方面，論述了基于GCP31綜合控制器設計的發電機組并車與負荷分配自動控制系統。該系統可根據各發電機組的實際工況和電氣負載工況，精確可靠地實現多臺發電機組之間的負荷分配和平穩的發電機組并車。

關鍵詞：GCP31綜合控制器自動控制負荷并車

某海洋石油平臺由于生產擴能需要，在其附近新建設一座發電動力輔助平臺。為了給原石油生產平臺的工藝生產提供足夠的電力并更好地完成電力負荷分配與控制，需將新建動力平臺與原石油生產平臺的發電機組進行并車，以滿足石油生產平臺在安全生產過程中對電力的需求。為此針對新老石油平臺發電機組的實際情況，設計了基于GCP31模塊的發電機組并車與負荷分配控制系統。

1系統設計

圖1　系統連接結構示意

基于新/老3臺發電機組控制盤的結構特點與電氣特性以及GCP31控制模塊的工作特性和控制功能，設計發電機組并車與負荷控制系統的系統采集與控制連接結構如圖1所示。

2系統網絡拓撲結構

發電機組并車與負荷控制系統的監控操作功能，由平板工業監控計算機，綜合控制器GCP31，CT/PT，負載開關輔助觸點，控制機柜，調速/調壓控制盤等共同實現，監控系統連接網絡拓撲如圖2所示。

監控計算機的操作系統采用Windows Sever 2003；綜合控制器GCP31和聯合控制器LS4的供電電源采用冗余供電方式設計，以提高其工作的可靠性；CT/PT/干觸點為高壓配電盤中專用于監控系統的電流互感器和電業互感器、負載開關的輔助干觸點。

3系統功能與特性

3.1系統控制對象

圖2　監控系統連接網絡拓撲示意

發電機組并車與負荷控制系統的控制對象是石油平臺生產裝置中原有透平發電機組和擴容新增建的透平發電機組，該兩套發電機組的調速與調壓均為DROOP/ISOCH方式，調速、調壓外部接收信號均為干觸點信號。

3.2系統控制原理

基于綜合控制器GCP31設計的負荷分配裝置，充分利用新老透平發電機組和10.5 kV配電盤上的原有設施及功能，為每臺透平發電機組配置1臺GCP31，控制系統配置2臺LS4控制模塊。在3臺發電機控制盤和10.5 kV配電盤的2個母聯(SCB3和VCB2)上均有同步并車裝置，負荷分配裝置設計不考慮同步并車功能；發電機的調速、調壓由發電機本體的調速、調壓系統完成，負荷分配裝置起修正作用。

系統中發電機組合閘后，高壓盤斷路器反饋觸點發送到GCP31，控制器通過機組側的三相 PT/CT感應發電機組本機的負荷量大小，并通過CANBus總線網絡與其他發電機組的GCP31控制器通信，確認其他機組是否合閘(雙機或三機)并比較負荷。如果機組間的負荷不同，GCP31控制器將通過調壓/調頻信號,提升/降低頻率或電壓以平衡負荷，并保持穩定分配狀態。

針對并車發電機組的容量和種類，通過軟件設置發電機組特性，GCP31均可完成發電機組成比例的負荷分配。該控制器通過各發電機的專用CT和PT獲得機組的電流、電壓、頻率輸出信號，監測并控制各發電機的有功及無功負載的分配，與各發電機控制盤的調速、調壓裝置密切配合。

2臺或3臺發電機并列運行時，為了確保負載發生變化時，發電機能夠在要求的頻率及電壓指標下穩定運行，GCP31將根據系統負載狀況，向各發電機控制盤發送升/降信號，通過發電機調速器和電壓調節器修正或改變系統的負載的分配。

1) 頻率控制。由發電機控制盤的速度調節器調節給定頻率來保持發電機組的頻率處于穩定狀態，同時頻率的給定值也可以通過GCP31以自動或手動方式修正和調節。當頻率超出規定的調節范圍時，GCP31根據系統負荷變化發出相應的升/降脈沖信號，調節發電機的頻率；脈沖的長度與頻率誤差的大小成比例，為了減小頻率預調，脈沖長度可在1～15個脈沖范圍內調整。頻率控制與發電機的功率控制緊密相關，所以每一臺發電機的控制將同時根據系統頻率及系統有功功率的大小來輸出升/降脈沖信號進行控制。

2) 有功功率控制。由發電機控制盤根據發電機的實際輸出功率值調節調速器給定值，同時該給定值也可通過GCP31發出的升/降脈沖信號進行修正調節。當系統負荷發生變化時，GCP31可根據發電機的實際輸出能力按比例地分配并列運行發電機間的有功負載；當功率超出允許的比例范圍時，其發出相應的升/降脈沖信號，調節發電機的輸出功率；該脈沖的長度與功率偏差值的大小成比例，脈沖長度可在1～15個脈沖范圍內調整，與頻率控制緊密相關，發出的脈沖信號將與頻率控制為同一信號。

3) 電壓控制。由發電機控制盤的AVR電壓調節器調節給定電壓以維持電壓的穩定狀態，同時電壓的給定值也可由GCP31發出的升/降脈沖信號進行修正和調節。當系統電壓信號超出規定的調節范圍時，GCP31發出相應的升/降的脈沖調節信號；脈沖的長度與電壓偏差值的大小成比例，脈沖長度可調整，范圍在1～15個脈沖，并與系統的無功功率控制緊密相關，所發出的脈沖信號將與無功功率控制為同一信號。

4) 無功功率控制。由發電機控制盤的AVR電壓調節器控制，同時GCP31給出的升/降脈沖信號也可調節及修正AVR調節器的給定值。當系統負荷發生改變時，GCP31可根據各發電機組之間的無功功率輸出能力，按比例分配各發電機的無功輸出；當無功功率超出各發電機允許的比例范圍時，通過發出相應的升/降脈沖信號調節整個系統的無功功率分配；該脈沖長度與無功功率偏差值的大小成比例，脈沖長度可在1～15個脈沖范圍內調整，并與系統電壓控制密切相關，其脈沖控制信號與電壓控制信號為同一信號。

3.3系統工作特性

每臺發電機配置的GCP31，從相應發電機出口開關配電盤PT和CT上獲得本機的電壓和電流，以感測本機組承擔有功和無功功率負荷的大小；GCP31接收檢測發電機出口開關的狀態以及母聯開關的狀態，使負荷分配裝置判斷是否激活負荷分配功能。

若3臺發電機組中任意2臺發電機出口開關閉合且這2臺機組之間母聯開關閉合，或3臺發電機組出口開關和母聯開關全部閉合時，負荷分配裝置發揮負荷分配功能，其他工況負荷分配功能失效。

3臺發電機組GCP31之間用CANBus通信線進行連接，通過機組對發電機組的有功、無功功率大小的比較，向發電機遙控盤發出相應的調速或調壓信號，以實現發電機之間按比例分配負荷(包括有功和無功功率)。發電機遙控盤均接收調速、調壓干觸點信號，各開關的狀態信號均為干觸點形式；LS4控制模塊通過CANBus總線與GCP31控制模塊進行數據傳輸交換。

4結束語

基于GCP31控制模塊和LS4控制模塊設計的發電機組并車與負荷分配控制系統，已實際投入使用。經現場合理調整后，控制系統控制工作穩定，負荷分配控制響應及時，能夠根據各個發電機組的實際工況和負載情況，精確地實施發電機組之間的負荷分配和平穩的發電機組并車，應用效果良好。

參考文獻：

[1]金立軍,錢政,關永剛.現代電氣檢測技術.北京： 電子工業出版社,2007.

[2]美國國家標準學會.NFPA72A—2007 現場防護信號系統.紐約： 美國國家標準學會，2007.

[3]美國國家標準學會.NFPA72C—2007遠傳信號系統.紐約： 美國國家標準學會，2007.

[4]中國船級社.海上規定平臺入級及建造規范. 北京： 中國船級社,1992.

[5]中國船級社.船用電工電子產品型式試驗規程. 北京： 中國船級社,1994.

[6]由浤，葛詩慧，徐慎康.GB/T 7061—2003 船用低壓成套開關設備和控制設備.北京： 中國標準出版社，2003.

[7]國際電工委員會.IEC60079-2 爆炸性氣體環境用電氣設備. 日內瓦： 國際電工委員會, 2001.

[8]中國船級社.船上計算機應用與檢驗指南北京： 中國船級社,2001.

中圖分類號：TP273

文獻標志碼：B

文章編號：1007-7324(2015)02-0071-03

作者簡介：史書臣，男，1989年畢業于沈陽化工學院生產過程自動化及計算機應用專業，主要從事過程控制、機電設備控制設計及大型工程項目管理等工作，任高級工程師、總工程師。

稿件收到日期： 2014-10-31。