【正文】 應(yīng)使合閘沖擊電流最小，合閘后能迅速進入同步并聯(lián)運行。為此并車必須滿足的下列條件： 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 15 (1)檢測電網(wǎng)與待并發(fā)電機的電壓差、頻率差和相位差，當(dāng)不符合并聯(lián)運行要求時，繼續(xù)巡回檢測。 (2)檢測電網(wǎng)與待并發(fā)電機的電壓頻率差，并根據(jù)頻差對待并機頻率發(fā)出調(diào)節(jié)信號，使兩者之間頻率差減 小，當(dāng)其與電網(wǎng)頻率接近設(shè)定要求時，就可滿足合閘條件。 (3)當(dāng)相位差、電壓差和頻率差在系統(tǒng)設(shè)定范圍內(nèi)時，提前發(fā)出合閘指令，實現(xiàn)自動準同步并聯(lián)運行。并車合閘流程圖如下： 起 起 起 起起 起 起 起 起 起 起 起 起 起 起 起 起起 起 起 起 起 起 起 起 起 起 起 起起 起 起 起 起 起 起 起 起 起 起 起 起起 起 起 起 起 起 起 起 起起 起 起 起起起 圖 并車合閘流程圖 And closing operation flow chart 基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設(shè)計與實現(xiàn) 16 從上圖中可以看出，當(dāng)接到并車指令時，系統(tǒng)分別先檢測電網(wǎng)和待并機電壓差、頻率差和相角差，而實際操作電站要按船舶電站的規(guī)范要求設(shè)定。規(guī)范要求的并車條 件：電壓差整定范圍為 177。5 ％ U 額定；頻率差整定范圍為 177。；相位差為 15176。的電角度。主開關(guān)接到指令后，從開始動作到主觸頭閉合要經(jīng)過一定的時間，考慮的這個問題，合閘指令應(yīng)該提前發(fā)出。要根據(jù)主開關(guān)合閘時間來確定設(shè)定的提前時間，可用核定超前時間法。合閘時間越短則越有利于同步操作，而 PLC 按掃描的原理工作，因此 PLC 系統(tǒng)的運算周期就是 PLC 的掃描周期。而 PLC 控制器的運算數(shù)度都在每千步邏輯指令在 1ms 以內(nèi)。 用恒定超前時間法 [4]發(fā)出合閘指令，先把電網(wǎng)和待并機 的正弦電壓通過波形變化變?yōu)橥l方波，然后對電網(wǎng)電壓和待并機的電壓檢測計算，來得到合閘指令提前時間。原理如圖所示： U 電 網(wǎng)T 電tT 待 并 機U 電 網(wǎng)TOOt 圖 恒定時間的獲取 Constant time access 若設(shè)主開關(guān)的設(shè)定值為 t 則有如下關(guān)系： Δt= t (T 電網(wǎng)－ T 待并機 )/T 待并機 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 17 從上式中可以 看出，用算出的 T 電網(wǎng)－ T 待并機和設(shè)定的主開關(guān)固有時間t，就可得出待并機滯后時間 Δt。在待并機頻率大于電網(wǎng)的頻率的情況下， Δt值是不斷的在減小的，所以測得 Δt 值小于計算出的 Δt 值時發(fā)出合閘脈沖。 調(diào)頻調(diào)載模塊及流程圖 調(diào)頻調(diào)載又叫自動負荷分配，它的基本功能是自動維持電網(wǎng)的頻率恒定，按參與并聯(lián)運行各機組的容量以既定的比例分配各機組的負荷。當(dāng)接受到“解列”指令時，能自動控制負荷轉(zhuǎn)移，待其負荷接 近 5%額定 功率后，使其主開關(guān)跳閘脫網(wǎng)。船舶電站系統(tǒng)由于負載經(jīng)常變化，特別是在大功率的起動和停止時 ,將引起運行機組的轉(zhuǎn)速的變化，從而引起電網(wǎng)頻率的變化。發(fā)電柴油機本身具有調(diào)速器，可以保證轉(zhuǎn)速處于規(guī)范之內(nèi)。 現(xiàn)代船舶電站為提高供電質(zhì)量，大多在電站中裝有自動調(diào)頻調(diào)在裝置 (簡稱頻載調(diào)節(jié)器 )，在調(diào)速去動作之后存在固定偏差時，再進行調(diào)解。頻載調(diào)節(jié)器的控制信號是頻率差與功率差的合成信號，經(jīng)放大、判別后控制伺服電機，來調(diào)節(jié)發(fā)電機油門來調(diào)整轉(zhuǎn)速。可見，頻率的調(diào)整及有功功率的分配可以有調(diào)速器和調(diào)頻載裝置共同來完成。圖中的 A 值由系統(tǒng)的調(diào)節(jié) 精度決定，一般按并小于177。2%、功率差小于177。 5%的標準來設(shè)定。電站供電質(zhì)量由并聯(lián)運行的機組頻率的恒定和有功功率成比例分配所決定。維持電網(wǎng)頻率恒定及有功功率轉(zhuǎn)移可由原動機調(diào)速器改變油門的大小進行調(diào)節(jié)，也可另設(shè)調(diào)頻調(diào)載單元。 電站頻率的調(diào)節(jié)分為單機調(diào)節(jié)和并機調(diào)節(jié)，其實質(zhì)都是改變柴油機油門的開度的大小。單機調(diào)節(jié)比較簡單，只是調(diào)用單機調(diào)頻程序，在此不用再做討論。并機調(diào)節(jié)比較復(fù)雜，要得到偏差值 Δe (由電網(wǎng)和待并機的頻率差和功率差組成 )，偏差值 Δe 作為調(diào)節(jié)信號。當(dāng)偏差值的絕對值小于設(shè)定值時，調(diào)節(jié)過程結(jié)束，若偏差值小于零 時，開大柴油機油門，使柴油機加速；當(dāng)偏差值大于零時，減小柴油機油門，使柴油機減速。在兩臺機組并聯(lián)運行時，電站負荷的頻繁變化會引起電站頻率的變化，而且負荷的分配也要比例，否則會造成逆功率，危害電站穩(wěn)定供電。 恒頻和成比例分功流程控制圖如下： 基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設(shè)計與實現(xiàn) 18 起 起 起 起 起 起起起 起 起 起1 起 起 起 起 2 起 起 起 起Δ e 1 = Δ f 1 + Δ P 1 Δ e 2 = Δ f 2 + Δ P 2| Δ e 1 | 起 A | Δ e 2 | 起 AΔ e 1 起 0 Δ e 2 起 0起 起 起 起起 起 起 起起 起 起 起起 起 起 起起起 起起 起起起起起起起起起起起圖 恒頻和成比例分功控制流程圖 Constant frequency and proportional to the work and control flow chart 重載詢問模塊及流程圖 重載詢問： 大負載投入電網(wǎng)前，管理系統(tǒng)將判斷電網(wǎng)負荷與起動的大功率負荷是否超過運行機組的最大負荷率。若滿足，則允許其啟動，否則，應(yīng)先起動另一臺備用發(fā)電機，使之并網(wǎng)，儲備功率達到要求，則允許其起動，若達不到要求則禁止重載起動信號。 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 19 其流程圖如下： 起 起 起 起起 起 起 起 起起 起 起 起起 起 起 起起 起 起 起 起 起 起 起起 起 起 起 起起 起 起 起起 起 起 起起 起 起 起起 起 起 起 起起 起 起 起起起起起起起 圖 重載詢問流程圖 Overloading about flow chart 重載詢問模塊的功能是合理的管理電站 ，防止重載起動的沖擊對電網(wǎng)造成故障，從而達到電站穩(wěn)定連續(xù)供電的要求。 自動解列和自動停機模塊及流程圖 發(fā)電機組可分為自動停機與故障應(yīng)急停機。所謂自動停機，就是并網(wǎng)輕負荷時的自動減機，出現(xiàn)嚴重故障停機時處理方法是立即跳閘停電。解列和故障停車流程如下圖： 基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設(shè)計與實現(xiàn) 20 起 起 起 起起 起 起 起起 起 起 起 起 起 1 0 % 起起 起 起 起 起起 起 起 起 起起 起 起 起起 起 1 0 起 2 0 起 起起 起起 起 起 起 起起起起起起起 圖 解列和故障停機流程圖 Solution column and the flow chart of downtime 在并聯(lián)機組運行輕載的 情況時，造成機組功率不能充分利用，所以，就要解列某臺機組。解列機組時，退出電網(wǎng)的機組把負荷轉(zhuǎn)移到運行機組上，當(dāng)退出機組的功率小于 10%額定功率時，主開關(guān)脫開，緊接著發(fā)出停機指令。機組停機電磁閥動作之前先空轉(zhuǎn)運行 10 到 20 分鐘，若故障停機則停機電磁閥立即動作。 電力管理系統(tǒng)參數(shù)在線監(jiān)視與在線修改 為適合不同類型的柴油發(fā)電機組，及隨著機組累計運行時問加大而致機組性能的變化，系統(tǒng)參數(shù)的在線監(jiān)視以及機組當(dāng)前運行工況的變化隨時做出相應(yīng)的修改是必要的。如調(diào)整脈沖的寬度：對于液壓調(diào)速器來說，新建船舶大約可調(diào)整在 ~2s 之間的不同檔次上，以匹配不同程度的頻差與功差綜合信號；當(dāng)山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 21 船舶陳舊時，調(diào)速器脈沖寬度可能要整定在 1~5s；某些保養(yǎng)不當(dāng)?shù)拇皯?yīng)調(diào)整在 5~20s，調(diào)速器才會起作用。對發(fā)電機的過載、過流、失壓、超速、逆功率保護的各項整定值，其中各項動作整定值可以允許用戶調(diào)整，而從運行安全方面考慮時，通常在安裝調(diào)試時設(shè)定，一般不允許用戶修改。系統(tǒng)參數(shù)的在線監(jiān)視與在線修改，一般數(shù)字在模擬集成電路構(gòu)成的系統(tǒng)中做不到，有些較好的、經(jīng)改良后的系統(tǒng)，通過數(shù)碼撥盤也只能修改極少量的參數(shù)；微機控制的系統(tǒng)，船員一般做不到，對于 PLC 通過 專用的通信模塊才能實現(xiàn)。在本設(shè)計中，系統(tǒng)參數(shù)的在線監(jiān)視與修改 [5]是通過 PMA52 自動電力管理系統(tǒng)中的便攜式用戶操作器 OP393 實現(xiàn)的。 OP393 的液晶顯示屏只能顯示 2 行，每行 16 個字符的信息。其典型顯示如圖： 1 2.54 .7 s0sT I M E R 1 01* 5 0當(dāng) 前 值 或 文 本整 定 值 或 P L C 狀 態(tài)錯 誤 信 息說 明 文 本 圖 OP393液晶顯示屏 OP393Liquid crystal display OP393 的操作鍵盤如下圖所示： 基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設(shè)計與實現(xiàn) 22 T M RC T RF C TO NO F FT X T T S T D B D I A E N TC 1234567 8 9+ / 圖 OP393鍵盤 OP393Keyboard OP393 的連接與登錄 將 OP393 的接插連接器插進 S5115U 的編程口連接器， OP393 液晶顯示屏顯示如下： O P3 9 3 I I IV x ,y OP393 上電一會后，顯示初始狀態(tài)信息 T M R / C T R / T X T / F C TD I A / D B / T S T ? 然后按下鑰匙鍵，輸入 5位數(shù)字密碼，再按 ENT鍵。操作步驟及液晶顯示如圖所示： 山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 23 按 下 鑰 匙鍵P A S S W O R D L O G I NE N TP A S S W O R DO K? ? . 圖 OP393登錄操作 The login operation 輸入 PASSWORD 正確顯示無誤 OK 后，就可以進入監(jiān)視、修改操作。 定時器的在線監(jiān)視與在線修改 (1)在線監(jiān)視 在登錄、顯示初始信息狀態(tài)后，按 TMR 鍵，輸入定時器編號，按 ENT 鍵。液晶顯示如下圖所示。右上部分顯示定時器編號；左上 部分顯示定時器當(dāng)前值。 1.8.50ssT I M E R3N G以 秒 為 單 位 整 定 值IAR TS T用 戶 文 本3 號 定 時 器以 秒 為 單 位 整 定 值 圖 定時器典型顯示格式 Typical timer display format 如該定時器未啟動，則顯示 0，如起動則立即顯示設(shè)定時間值，然后按倒計時進行計時，可看到時間數(shù)字按秒變化；左下部分顯示設(shè)定時間數(shù)據(jù)，右下基于 PLC 的船舶電站自動化系統(tǒng)方案設(shè)計與實現(xiàn) 24 部分顯示該定時器的文本信息。 (2)在線修改 首先進入在線監(jiān)視顯示方式，如需修改定時器的給定時間，可通過操作鍵盤上的數(shù)字鍵，按下新的給定時間數(shù)值，再按 ENT 鍵。下圖為定時器的監(jiān)控與修改操作流程 。 T M R起 起 起 起 起 起 起 起 起S 5 1 0 1 U o r D B 6起 起 起 起起 起 起 起 起 起 起 起起 起 起 D B 起1 . 0 1 s T I M E R 2 . 0 0 U s e r t e x t起 起 起 起 起 T M RE N T起 起 起 起 起起E N T起 起 圖 定時器的操作流程 The operation of the timer process 如果修改時間數(shù)據(jù)時該定時器尚未啟動，則該定時器一旦啟動則按新的給山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 25 定時間進行計時，如果修改時，該定時器已啟動正在計時，則這次定時器仍按老的給定時間計時，該定時器下次啟動時將啟動新的給定時間。 若需監(jiān)視或修改相鄰的定時器，可按鍵盤中的上下箭頭即可，如需監(jiān)視或修改的定時器編號與當(dāng)前的定時器編號相差較遠，則應(yīng)重新按 TMR 鍵操作。計數(shù)器的有關(guān)操作與此類似，在此不做具體說明。 數(shù)據(jù)塊的在線監(jiān)視與在線修改 (1)在線監(jiān)視 在登錄、顯示初始信息狀態(tài)后，按下 DB 鍵，輸入數(shù)據(jù)字 (DW)編號，若編程員只編制一個數(shù)據(jù)塊提供用戶現(xiàn)場監(jiān)視與修改，則按 ENT 鍵，否則應(yīng)輸入需要顯示的數(shù)據(jù)字所在的數(shù)據(jù)塊編號。右上部分顯示數(shù)據(jù)塊編號 DBxy；左上部分顯示該數(shù)據(jù)字的當(dāng)前內(nèi)容；左下部分顯示數(shù)據(jù)字設(shè)定內(nèi)容；右下部分顯示該數(shù)據(jù)字的文本信息。 D B起 起 起 起 起 起D B 起 起 ~ 起 起D W 起 x yD B 起 起起 起 起 起起 起 起 起起 D B 起起 起 D B 1 1 0 1 2 0 D W 起 2 0D B 1 1 0 + 1 2 3 4 5 D B / D W x y+ 1 2 3 4 5 U s e r t e x t 起