淺談基于PLC的負荷分配系統

摘 要：根據工廠電站負荷分配的特點，以工業汽輪發電機組為控制對象，介紹了基于PLC的負荷分配控制方案的具體實現方法及其功能。

關鍵詞：汽輪發電機組；負荷分配；PLC

孤島運行中的工業汽輪發電機組，因為生產需要，其負荷波動會比較大，造成嚴重的負荷分配不均現象。為了既能保證生產用電又能合理分配使用汽輪發電機組，一般采用負荷分配的方法讓機組穩定運行。

1 負荷分配控制方式

1.1 采用負荷分配器的特點

采用負荷分配的方法有很多。對于有多臺汽輪發電機組的工廠，對負荷分配的要求會比較高，一般要采用專門的負荷分配器組成負荷分配系統，如WOODWAED公司DSLC和MSLC。每臺機組配一個DSLC，再與工廠母線上MSLC通迅進行負荷分配。這些產品功能強大，性能好，而且穩定，但是價格昂貴，每臺DSLC需要六萬元左右。

1.2 采用PLC的經濟性

PLC廣泛應用于工業汽輪機的過程控制系統中。對于只有兩臺機組的工廠，它的負荷分配控制就容易得多了。采用PLC來進行負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荷分配器，節省成本。而且現場也不需安裝負荷分配器的機柜，節省空間。

2 負荷分配系統組成

2.1 機組系統組成

假設只有兩臺額定功率分別為G1和G2的1#機組和2#機組，那么1#機組采用頻率控制，用于穩定頻率。2#機組則采用負荷控制。而負荷分配系統主要由調速器及PLC組成。調速器采用WOODWORD 505，PLC則采用西門子S7-300，搭配PROFACE觸摸屏組成人機界面系統。

2.2 505調速器組態

505調速器具極多路可組態的觸點輸入、繼電器輸出和模擬量輸入/輸出通道。由于是應用于發電機，故應組態發電機斷路器狀態、網側開關狀態觸點輸入。當網側開關斷開時機組便處于頻率控制模式，只有當網側開關和發電機斷路器都合上時，機組才處于負荷控制模式。用于頻率控制的1#機組網側開關點取電廠與外電網斷路器的開關點，發電機斷路器測點取自身的發電機斷路器狀態點。而用于負荷控制模式的2#機組，505網側開關測點則要取頻率控制機組的發電機斷路器狀態點，發電機斷路器測點取自身發電機斷路器狀態點。因為孤島運行中的汽輪發電機組，它的網側開關是斷開的，故1#機組可處于頻率控制模式。而兩臺機組的發電機斷路器都是閉合的，故2#機組可處于負荷控制模式。此外，2#機組還應采用輔助控制模式。在505上組態輔助控制使能、輔助遠程控制使能、輔助升、輔助降等觸點輸入，利用輔助控制實現負荷分配功能。在模擬量輸入/輸出方面，兩臺機組的505都組態一個功率輸出點，輸出4～20mA信號至2#機組的PLC，方便功率運算。2#機組505還應組態一個輔助遠程給定值輸入信號以接受經PLC運算后的功率目標值。

2.3 PLC控制系統

兩臺機組的過程控制系統均采用西門子S7-300，所有505的信號都可以經過PLC進行處理。除了具有基本的功能外，2#機組的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 人機界面組態

人機系統方面，采用PROFACE觸摸屏，主要在2#機組上增加負荷分配功能畫面。畫面中有輔助控制使能、輔助遠程控制使能、輔助升和輔助降等功能按鈕、機組功率顯示及輔助遠程給定值。通過RS232或TCP/IP協儀與PLC進行通訊，實現負荷分配控制。具體功能畫面如圖1。

3 系統控制方式

3.1 手動調節方式

當在人機界面上投入輔助控制使能按鈕時，505便進入輔助控制模式，可在人機界面上手動點擊輔助升或輔助降按鈕改變2#機組的負荷給定目標值。同時，1#機組的負荷也會隨著2#機組負荷相應地改變，最終達到負荷分配目的。

3.2 自動調節方式

當人機界面上的輔助控制使能和輔助遠程控制使能按鈕都投入時，負荷分配系統便處自動模式。假設負荷分配之前機組所帶負荷分別為P1和P2，則工廠總負載P=P1+P2。這時將負荷按比例重新分配，2#機組所得的負荷為P22=P2*（G1+G2）/P，將P22送至505輔助遠程給定值，在S7-300 PLC程序中具體實現如圖。

圖2 PLC程序運算

基于這樣的運算，當廠內負荷突然降低時，1#機組的負荷為P11=P-P22，可有效地防止逆功率情況的發生。

3.3 聯鎖切換

工廠電站總會由于生產或檢修等原因而啟動或停止其中一臺汽輪發電機組，這時，處于運行中的機組應當為頻率控制模式才能穩定地運行。如果停2#機組，那么處于頻率運行的1號機組便可承擔全廠負荷并且穩定頻率。如果停1#機組，那么負荷控制的2#機組便會由于1#機組的發電機斷路器斷開而轉換為頻率控制模式，保證廠內生產用電。

4 結束語

采用基于PLC的雙機組負荷分配系統，能對機組負荷自動跟蹤，在保證廠內生產用電的情況下，實現單機-聯機運行的無憂切換。雖然基于PLC的負荷分配系統與專門的負荷分配器有一定的差距，但是在一般的工廠用電中，它是可以滿足生產要求的，同時還可以節省大量的成本。

參考文獻

[1]《WOODWORD 505 DIGITAL GOVERNORS》產品說明書[Z].

[2]周善龍.熱工儀表及自動控制系統[M].化學工業出版社.

[3]王付生.電廠熱工自動控制與保護[M].中國電力出版社.

[4]廖常初.S7-300/400 PLC應用技術[S].

作者簡介：葉永杰（1989-），男，廣東陽江人，廣州廣重企業集團有限公司助理工程師，主要從事熱能動力設備電氣設計及調試方面工作。