電站管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

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1船舶電站管理系統(tǒng)功能

船舶電站管理系統(tǒng)為動(dòng)力系統(tǒng)提供穩(wěn)定的能量管理及供給，由自動(dòng)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集監(jiān)控及報(bào)警三大功能組成，管理系統(tǒng)對(duì)船舶動(dòng)力系統(tǒng)各功能（柴油機(jī)組自動(dòng)控制、勵(lì)磁轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、頻率調(diào)制、動(dòng)力系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)行）進(jìn)行自動(dòng)控制，整個(gè)系統(tǒng)的功能如圖1所示。

2基于云平臺(tái)的電站管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1管理系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)。電站管理系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的采集、檢測(cè)是系統(tǒng)的關(guān)鍵，在此以并行S7-300PLC為核心控制器設(shè)計(jì)信號(hào)采集電路[2]。并行信號(hào)采集傳輸控制電路，同時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)、柴油機(jī)及電網(wǎng)信號(hào)進(jìn)行采集，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后傳輸至S7-300PLC，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力系統(tǒng)的調(diào)速器、啟動(dòng)執(zhí)行單元及是否脫網(wǎng)進(jìn)行控制。基于S7-300PLC的控制電路如圖2所示。電網(wǎng)采集信號(hào)有電壓、電流及功率以及與船舶動(dòng)力系統(tǒng)開(kāi)關(guān)的狀態(tài)；發(fā)電機(jī)信號(hào)采集除了電壓、電流及功率，還有繞組溫度及相位差；柴油機(jī)采集信號(hào)為冷卻水溫度、滑油壓力、排煙溫度及壓力大小[3]。采集信號(hào)由于混入噪聲及多徑干擾等因素，會(huì)產(chǎn)生波形失真及精度下降，在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換前，為了提高原始信號(hào)精度，需要進(jìn)行如下步驟：①信號(hào)調(diào)制。為了減少海上多徑信道干擾，選擇QPSK調(diào)試方式；②信號(hào)放大。由于通過(guò)各類傳感器采集的模擬信號(hào)幅值較小，模數(shù)轉(zhuǎn)換會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)換誤差，在傳輸前需要進(jìn)行信號(hào)放大。③濾波及信道均衡。海上混入噪聲為高斯白噪聲，頻率具有高頻特性，通過(guò)高頻濾波器過(guò)濾；信道均衡則減少多徑信道產(chǎn)生的碼間干擾。最后將采集的各類信號(hào)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換傳輸至控制器，實(shí)現(xiàn)S7-300PLC自動(dòng)準(zhǔn)同步并聯(lián)運(yùn)行控制；自動(dòng)調(diào)頻調(diào)載控制功率，在此重點(diǎn)研究了自動(dòng)準(zhǔn)同步并聯(lián)運(yùn)行控制，有如下功能：①實(shí)現(xiàn)船舶發(fā)電機(jī)與傳輸電網(wǎng)電壓、電流及相位同步，若不同步，關(guān)閉電網(wǎng)與發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)。②發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)出現(xiàn)電壓差、電流差及相位差，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，S7-300PLC同步并聯(lián)運(yùn)行控制電路根據(jù)檢測(cè)的頻率差調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，直至電壓差、電流差及相位差控制在閥值內(nèi)。③若電壓差、電流差及相位差控制在閥值內(nèi)，S7-300PLC分析ACB運(yùn)行時(shí)間，提前發(fā)出電網(wǎng)與船舶發(fā)電機(jī)之間的開(kāi)關(guān)閉合信號(hào)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)準(zhǔn)同步并聯(lián)運(yùn)行控制[4]。自動(dòng)準(zhǔn)同步并聯(lián)運(yùn)行控制原理如圖3所示。對(duì)于閥值設(shè)置，根據(jù)實(shí)際情況電壓差、電流差及相位差范圍控制在5%～15%，頻率差小于0.5Hz；由于電網(wǎng)與船舶發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)（ACB）閉合需要一定時(shí)間，自動(dòng)準(zhǔn)同步并聯(lián)運(yùn)行控制發(fā)出的閉合命令需提前200～500ms[5]。2.2管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)基于。S7-300PLC自動(dòng)準(zhǔn)同步并聯(lián)運(yùn)行控制軟件，主流程如下：①初始化階段：對(duì)采集電壓進(jìn)行檢測(cè)，判斷電網(wǎng)電壓及船舶發(fā)電機(jī)電壓是否小于閥值，小于閥值進(jìn)入步驟②，否則發(fā)送電壓告警；②檢測(cè)電網(wǎng)頻率是否為額定值，若超過(guò)則進(jìn)行調(diào)節(jié)；③檢測(cè)船舶發(fā)電機(jī)頻率與電網(wǎng)頻率差是否在閥值內(nèi)，若超過(guò)閥值則調(diào)整轉(zhuǎn)速進(jìn)行頻率調(diào)整。④最后進(jìn)行相位檢測(cè)，提前閉合命令實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的并聯(lián)運(yùn)行。自動(dòng)準(zhǔn)同步并聯(lián)運(yùn)行控制流程如圖4所示。在實(shí)際的電站自動(dòng)準(zhǔn)同步并聯(lián)運(yùn)行控制中，電網(wǎng)的負(fù)載會(huì)引起發(fā)電機(jī)頻率波動(dòng)，造成閉合命令的提前量出現(xiàn)偏差，為了保障電路的穩(wěn)定，需要進(jìn)行負(fù)載均衡，并設(shè)頻率差閥值為0.5Hz；本文的自動(dòng)同步并聯(lián)運(yùn)行控制不能實(shí)現(xiàn)電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)，但電壓差超過(guò)閥值，則不允許發(fā)送閉合命令，并發(fā)出告警信息。同時(shí)，閉合是否成功返回至S7-300PLC，作為其他功能模塊的控制信號(hào)。

3基于云平臺(tái)的電站管理系統(tǒng)仿真

根據(jù)前2節(jié)的描述可知，本文設(shè)計(jì)的基于云平臺(tái)的船舶電站管理系統(tǒng)中的自動(dòng)準(zhǔn)同步并聯(lián)運(yùn)行控制可實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)、發(fā)電機(jī)及電網(wǎng)的各類數(shù)據(jù)的并行采集及分析，有效提高了并聯(lián)運(yùn)行中開(kāi)關(guān)閉合的實(shí)效性，最后對(duì)并聯(lián)開(kāi)關(guān)閉合準(zhǔn)確性及閉合消息提前量進(jìn)行仿真，并與傳統(tǒng)單控制器管理系統(tǒng)進(jìn)行比較，各閥值設(shè)置如下：頻率差為0.5Hz，電壓差為10%～15%，相位差為5%。仿真結(jié)果如表1所示。

4結(jié)語(yǔ)

本文分析了船舶電站管理系統(tǒng)功能，在此基礎(chǔ)上重點(diǎn)研究了自動(dòng)準(zhǔn)同步并聯(lián)運(yùn)行控制的軟硬件實(shí)現(xiàn)，最后給出了仿真結(jié)果。

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作者:程勇兵 張羽 鄧淇中 單位:1.新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息系 2.國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司電力科學(xué)研究院 3.國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司江津供電分公司