并网用PLC实现发电机组自动化控制.doc
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目录
一、设计要求…………………………………………………………………………3
1.硬件条件………………………………………………………………………3
2.设计目的………………………………………………………………………3
3.设计内容………………………………………………………………………3
4.设计要求………………………………………………………………………3
二、电力系统…………………………………………………………………………4
1.电力系统组成及作用…………………………………………………………4
2.电力系统自动化………………………………………………………………5
三、发电机组的介绍…………………………………………………………………6
1.发电机简介……………………………………………………………………6
1.1主要结构…………………………………………………………………6
1.2发电机工作原理…………………………………………………………6
2.发电机组实验概述……………………………………………………………6
3.发电机组的并网………………………………………………………………8
3.1发电机组并网的条件………………………………………………………8
3.2并网运行的优势……………………………………………………………8
3.3发电机同期并网操作………………………………………………………9
4.发电机组自动化控制的原理…………………………………………………10
四、发电机组PLC控制流程…………………………………………………………13
1.发电机组的各过程……………………………………………………………13
2.发电机组的各过程的流程……………………………………………………14
2.1自动开机流程……………………………………………………………14
2.2发电机组并网流程………………………………………………………14
2.3发电机组正常停机流程…………………………………………………15
2.4事故和紧急停机流程……………………………………………………16
2.5事故停机流程就流程图…………………………………………………16
3.发电机组的并网流程…………………………………………………………18
3.1发电机组并网系统图……………………………………………………18
3.2发电机组并网流程图……………………………………………………18
五、小结………………………………………………………………………………20六、参考文献…………………………………………………………………………21
一、设计要求
1.硬件条件
交流发电机实验机组、S7-200PLC单元(CPU226/EM235)、通讯电缆、通用电脑、彩色LCD触摸屏、模拟辅机与蝶阀控制。
2.设计目的
培养学生参阅国家和行业标准,掌握发电机组启停车控制的基本要求、系统构成及工作原理;初步学会PLC的控制方法以及高级HMI的应用;同组同学应分别选择实现机组开机准备、开机、并网、正常停机、事故停机、事故紧急停机等逻辑控制功能;初步熟悉HMI的应用方法。
3.设计内容
1、发电机组构成和系统工作原理、工作过程;
2、基于PLC的系统总原理图,各部分工作原理、工作过程;
3、分别以机组开机准备、开机、并网、正常停机、事故停机、事故紧急停机等过程为侧重点简单编制PLC程序框图;
4、与调速系统、励磁系统、同期装置的协调控制。
4.设计要求
1、通过设计原理图,掌握实验装置的接线方法、完成上述功能。
2、设计验收时必须现场示、提交课程设计报告(电子版)。
二、电力系统
1.电力系统组成及作用
上图为电力系统组成
上图为电力系统、动力系统区别
电力系统是由发电厂、输电网、配电网和电力用户组成的整体,是将一次能源转换成电能并输送和分配到用户的一个统一系统(如上图所示)。
输电网和配电网统称为电网,是电力系统的重要组成部分。
发电厂将一次能源转换成电能,经过电网将电能输送和分配到电力用户的用电设备,从而完成电能从生产到使用的整个过程。
电力系统还包括保证其安全可靠运行的继电保护装置、安全自动装置、调度自动化系统和电力通信等相应的辅助系统(一般称为二次系统)。
2.电力系统自动化
电力系统是世界上最为复杂的人工系统之一,其安全、稳定、经济地运行是其它产业正常发展,乃至社会稳定的基础。
因此精确、有效的对电力系统进行控制是十分重要的。
为保持电力系统正常运行的稳定性和频率、电压的正常水平,系统应有足够的静态稳定储备和有功、无功备用容量,并有必要的调节手段。
在正常负荷波动和调节有功、无功潮流时,均不应发生自发振荡。
电力系统自动化的主要目的是采取各种措施使系统尽可能运行在正常运行状态。
在正常运行状态下,通过制定运行计划和运用计算机监控系统实时进行电力系统运行信息的收集和处理,在线安全监视和安全分析等,使系统处于最优的正常运行状态。
同时,在正常运行时,确定各项预防性控制,以对可能出现的紧急状态提高处理能力。
当电力系统一旦出现故障进入紧急状态后,则系统能够自动(也可手动)做出反应,采取控制措施。
这些控制措施包括继电保护装置正确快速动作和各种稳定控制装置。
通过紧急控制将系统恢复到正常状态或事故后状态。
当系统处于事故后状态时,系统采取恢复措施,使其重新进入正常运行状态。
在现代化的电力系统中,随着计算机技术和网络通信技术的快速发展,电力系统自动化建设发展越加完善,尤其是在电力系统监控和电力调度自动化系统中,广泛采用了最新的计算机技术、通讯技术和图像处理等技术。
借助当今计算机的强大快速综合处理能力,实施对大电网运行管理的计算机监控,实现对投入系统运行的发电厂(火力、水力等形式的发电厂)进行遥测、遥控、遥信、遥调(四遥技术),并进行统一的调度管理,密切监视大电网运行,使电力系统能够安全、经济、稳定的运行。
从八十年代以后,我国电网调度自动化系统发展非常迅速,整体功能和设备水平有很大程度提高,特别是从九十年代开始,电力调度自动化系统、电力监控系统,已从80年代的封闭式、集中式系统向开放式、分布式、集散式的集成系统发展,在保证电网安全、可靠、经济运行方面发挥了重要作用,已成为我国各级调度部门指挥电网稳定、可靠、长久运行不可缺少的重要方法和必要手段,同时也为我国的电力系统提供了稳定、可靠的解决方案。
三、发电机组的介绍
1.发电机简介
发电机是将其他形式的能源转换成电能的机械设备,它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动,将水流,气流,燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机,再由发电机转换为电能。
发电机在工农业生产、国防、科技及日常生活中有广泛的用途。
发电机的形式很多,但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。
因此,其构造的一般原则是:
用适当的导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路,以产生电磁功率,达到能量转换的目的。
1.1主要结构
发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。
定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。
转子由转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。
由轴承及端盖将发电机的定子,转子连接组装起来,使转子能在定子中旋转,做切割磁力线的运动,从而产生感应电势,通过接线端子引出,接在回路中,便产生了电流。
1.2发电机工作原理
和电动机一样在定子铁芯槽内放有A、B、C三相并且线圈匝数相等的线圈,在转子铁芯槽上也有线圈分N极和S极,当外面的直流电经电刷、滑环通入转子线圈后在转子线圈上会产生磁力线,这磁力线的方向从N极到S极,发电机转子被汽轮机转子带动以n1(3000转每分钟)速旋转时,相当于该转子磁力线也以n1的速度在旋转,这过程被定子线圈所切割在定子线圈中产生感应电动势(感应电压),发电机和外面线路上的负载连接后输出发电,这是基本的原理。
2.发电机组实验概述
电力系统动模与自动化综合实验台是一个自动化的电力系统综合试验装置。
该装置功能集成了发电机运行动态实验,发电机运行保护实验,线路保护实验,变压器保护,数字继电器保护曲线实验等。
发电机动模实验装置主体是由电动机(作为该实验装置的原动机)、同步发电机、调速器、励磁器、PLC和触摸屏组成。
无论从结构还是工作效果来看,它都可以说就是一个小型的发电厂。
该装置能够反映现代电能的生产、传输和使用的全过程,体现现代电力系统自动化、信息化、数字化的特点,实现电力系统的检测、控制、监视、保护的自动化。
本装置基本结构如下图所示:
*自励方式
自并励可控硅励磁
*他励方式
有副励磁机的他励可控硅励磁
3.发电机组的并网
一台发电机组在未并入系统运行之前,它的电压与并列母线电压的状态量往往不等,须对待并发电机组进行适当的操作,使之符合条件后才允许断路器合闸作并网运行。
这一系列的操作称为“并网”。
3.1发电机组并网的条件
①发电机的频率与系统频率相同。
②发电机出口电压与系统电压相同,其最大误差应在5%以内。
③发电机相序与系统相序相同。
④发电机电压相位与系统电压相位一致。
当满足以上四个条件时,可以合上并网开关,使发电机组并入系统运行。
若以上条件中的任何一个不满足则在开关K的两端,会出现差额电压,如果闭合K,在发电机和电网组成的回路中必然会出现瞬态冲击电流。
上述条件中,除相序一致是绝对条件外,其它条件都是相对的,因为通常电机可以承受一些小的冲击电流。
并网的准备工作是检查并网条件和确定合闸时刻。
通常用电压表测量电网电压,并调节发电机的励磁电流使得发电机的输出电压U=U1。
再借助同步指示器检查并调整频率和相位以确定合闸时刻。
下图为三相发电机整步
3.2并网运行的优势
电网供电比单机供电有许多优点:
①提高了供电的可靠性,一台电机发生故障或定期检修不会引起停电事故。
②提高了供电的经济性和灵活性,例如水电厂与火电厂并联时,在枯水期和旺水期,两种电厂可以调配发电,使得水资源得到合理使用。
在用电高峰期和低谷期,可以灵活地决定投入电网的发电机数量,提高了发电效率和供电灵活性。
③提高了供电质量,电网的容量巨大(相对于单台发电机或者个别负载可视为无穷大),单台发电机的投入与停机,个别负载的变化,对电网的影响甚微,衡量供电质量的电压和频率可视为恒定不变的常数。
电网对单台发电机来说可视为无穷大电网或无穷大汇流排。
同步发电机并联到电网后,它的运行情况要受到电网的制约,也就是说它的电压、频率要和电网一致而不能单独变化。
3.3发电机同期并网操作
发电机准同期并列的基本原理:
设并列断路器两侧电压分别为和,并列断路器主触头闭合瞬间所出现的冲击电流值以及进入同步运行的暂态过程,决定于合闸时的电压差和滑差角频率。
因此,准同期并列主要是脉动电压和滑差角频率进行检测和控制,并选择合适的时间发出合闸信号,使合闸瞬间的值在允许值以内。
检测信息也就取自断路器两侧的电压,而且主要是对进行检测提取信息。
(1)发电机自动同期并网:
通常采用恒定越前时间原理工作,这个越前时间可按断路器的合闸时间整定。
准同期控制器根据给定的允许压差和允许频差,不断地检查准同期条件是否满足,在不满足要求时闭锁合闸并且发出均压均频控制脉冲。
当所有条件均满足时,在整定的越前时刻送出合闸脉冲。
恒定越前时间:
最理想的合闸瞬间是在两电压
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