1 引言 隨著中央提出大力發(fā)展清潔能源的建設并為激勵農村和邊遠山區(qū)的進一步發(fā)展，國家對小水電事業(yè)給予越來越多的關注。我國的小型水電站在近20年得到了極為迅速的發(fā)展，其中以萬千瓦以下的小型水電站居多。對這些小型水電站的監(jiān)控保護和自動控制也顯得尤為重要。本文主要講述了三菱FX2N系列PLC在水電站有功調節(jié)中的應用。 水電站的有功調節(jié)通常是通過調速器實現的，但當水輪機組并入電網運行時，對于單臺發(fā)電機來說轉速反饋幾乎不起作用。近年來，隨著自動發(fā)電控制（AGC）的需要，有功功率在控制系統(tǒng)中的調節(jié)品質已成為當前電力系統(tǒng)自動化領域的突出問題。 2 系統(tǒng)組成 本系統(tǒng)中控制的兩臺水輪發(fā)電機型號為SFW2500-10/1730、6.3kV/286A。本系統(tǒng)采用分層分布式布局，配置如圖1所示。主要由2個機組監(jiān)控屏、發(fā)電機保護屏、公用監(jiān)控屏、主編線路保護屏和電量屏構成。通訊采用高速以太網與上級調度、操作員工作站進行通訊。其中公用監(jiān)控屏由可編程控制器（由三菱FX2N-80MR和2個FX0N-16EX擴展模塊組成）、自動準同期裝置、觸摸屏、電力測控儀和逆變電源組成，在公用監(jiān)控屏中實現對發(fā)電機的有功調節(jié)。 [align=center] 圖1 系統(tǒng)配置圖[/align] 3 控制要求 在電力系統(tǒng)中，頻率與電壓是電能的2個主要質量指標，電力系統(tǒng)中的頻率變化的主要原因是由于有功功率不平衡引起的。系統(tǒng)的負荷經常發(fā)生變化，要保持系統(tǒng)的頻率為額定值，就必須使發(fā)送的功率不斷跟隨著負荷的變動，時刻保持整個系統(tǒng)有功功率的平衡。否則，系統(tǒng)的頻率就會大起大落，保證不了電能的質量，甚至會造成事故與損失。 當負荷吸取的有功功率下降時，頻率增高;當負荷吸取的有功功率增高時，頻率降低，即負荷調節(jié)效應。由于負荷調節(jié)效應的存在，當電力系統(tǒng)中因功率平衡破壞而引起頻率變化時，負荷功率隨之的變化引起補償作用。如系統(tǒng)中因有功功率缺額而引起頻率下降時，相應的負荷功率也隨之減小，能補償一些有功功率缺額，有可能使系統(tǒng)穩(wěn)定在一個較低的頻率上運行。如果沒有負荷調節(jié)效應，當出現有功功率缺額系統(tǒng)頻率下降時，功率缺額無法得到補償，就不會達到新的有功功率平衡，頻率會一直下降，直到系統(tǒng)瓦解為止。 頻率和有功功率自動調節(jié)的方法主要有: （1） 利用機組調速器的調節(jié)特性進行調頻; （2） 根據頻率瞬時偏差，按比例分配負荷，構成虛有差調節(jié)頻率和負荷的方法; （3） 按頻率積分偏差調節(jié)頻率，滿足“等微增率”原則分配負荷; （4） 按給定負荷曲線調節(jié)有功功率（本文所介紹的是按給定負荷曲線調節(jié)有功功率）。 電站的調節(jié)系統(tǒng)應該使總功率等于負荷曲線給定的功率。而機組之間則按“等微增率”原則經濟分配負荷。如果系統(tǒng)頻率偏差不超過調頻電站所能補償的范圍，則調功電站的調節(jié)系統(tǒng)對頻率偏差不應作出任何響應。如果系統(tǒng)運行工況發(fā)生了變化，出現了較大的頻率偏差則調頻電站無力完全補償偏差值，那么調功電站的自動調節(jié)裝置應該作用于各臺機組的調速器，使之改變各臺機組的有功出力來幫助恢復系統(tǒng)頻率。 [align=center] 圖2 功率與頻率關系曲線[/align] 圖2示出功率與頻率的關系曲線。在死區(qū)±Δfmax范圍內，頻率偏差信號Δf不起作用，此時電站的實際功率 與給定的總功率PG之間的偏差ΔP產生調節(jié)作用。 PG為電站負荷曲線給定裝置取得的，使由各臺機組有功功率測量元件測到的有功信號相加后得到的。當時，兩臺機組的調節(jié)作用只受有功偏差ΔP的影響，而與頻率偏差Δf無關，此時調節(jié)特性方程為: 4 系統(tǒng)的硬件設計 圖3示出系統(tǒng)硬件框圖。根據系統(tǒng)的控制要求配置硬件如下: [align=center] 圖3 系統(tǒng)硬件簡圖[/align] ·控制器:三菱FX2N-80MR和兩個FX0N-16EX擴展模塊組成; ·人機界面:觸摸屏; ·其它設備:2個DC24V繼電器、功率表以及其它的輔助器件。 5 系統(tǒng)軟件設計 本系統(tǒng)確保整個系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定和電網的穩(wěn)定供電?？刂屏鞒虉D如圖4所示。 [align=center] 圖4 系統(tǒng)流程圖[/align] 部分梯形圖如圖5所示:當系統(tǒng)需要進行有功調節(jié)時，系統(tǒng)的軟件或是手動發(fā)出信號開始調節(jié)，此時采集1個實時有功數據此數據與設定值（即目標功率值）進行比較并進行數據處理算出需要調節(jié)的時間，然后發(fā)出信號使調節(jié)繼電器動所開始調節(jié)。如未達到則有可能是系統(tǒng)內部有故障。為了避免使程序進入死循環(huán)，則調節(jié)四次仍未能達到要求就自動中止程序）。如圖4所示，當M10接到觸發(fā)信號后瞬時接通使D300采到的瞬時有功功率數據與D301（設定值）進行比較。當D300 >D301時輸出信號M300使PLC的Y001輸出并使調節(jié)繼電器動作進行調節(jié)。 [align=center] 圖5 部分程序梯形圖[/align] 6 結束語 本文所設計的系統(tǒng)操作簡單、自動化程度高、應用廣泛。減小了小型水電站工人的勞動強度，增加了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。經過一段時間的認真測試證明該系統(tǒng)已經完全符合小型水電廠的有功調節(jié)的要求。 參考文獻 [1] 三菱FX2N可編程控制器使用手冊[Z]. [2] 王定一. 水電站控制技術[M]. 武漢:華中理工大學出版社，1996. [3] 國家電力調度通信中心. 電力系統(tǒng)繼電保護實用技術問答[M]. 北京:中國電力出版社,1995. 作者簡介 滕紅麗（1979－） 女 武漢大學自動化系在讀碩士研究生,研究方向:控制理論與控制工程。