Главная

Контакты

Случайная статья

• Автоматизация
• Антропология
• Археология
• Архитектура
• Биология
• Ботаника
• Бухгалтерия
• Военная наука
• Генетика
• География
• Геология
• Демография
• Деревообработка
• Журналистика
• Зоология
• Изобретательство
• Информатика
• Искусство
• История
• Кинематография
• Компьютеризация
• Косметика
• Кулинария
• Культура
• Лексикология
• Лингвистика
• Литература
• Логика
• Маркетинг
• Математика
• Материаловедение
• Медицина
• Менеджмент
• Металлургия
• Метрология
• Механика
• Музыка
• Науковедение
• Образование
• Охрана Труда
• Педагогика
• Полиграфия
• Политология
• Право
• Предпринимательство
• Приборостроение
• Программирование
• Производство
• Промышленность
• Психология
• Радиосвязь
• Религия
• Риторика
• Социология
• Спорт
• Стандартизация
• Статистика
• Строительство
• Технологии
• Торговля
• Транспорт
• Фармакология
• Физика
• Физиология
• Философия
• Финансы
• Химия
• Хозяйство
• Черчение
• Экология
• Экономика
• Электроника
• Электротехника
• Энергетика

Управление мощностью

Лекция 16. Системы управления электростанциями на ПЛК

После того, как мы познакомились с программируемыми логическими контроллерами различных типов и обсудили принципы построения распределенных систем управления с использованием сетевых технологий, переходим к изучению таких систем. В следующих лекциях будут рассмотрены примеры построения судовых систем управления на базе ПЛК. Первый такой пример – система управления судовой электростанцией.

Для управления дизель-генераторными установками выпускается много контроллеров различными изготовителями. Они отличаются своими характеристиками, но реализуют похожие алгоритмы управления, которые разработаны были довольно давно и многократно испытаны в процессе эксплуатации. Основной перечень режимов работы такой системы управления примерно такой:

1. Пуск/остановка дизель-генератора в ручном либо автоматическом (в зависимости от нагрузки) режиме

2. Работа с избытком мощности (маневренный режим судна)

3. Управление по приоритетам (очередность запуска ДГ)

4. Управление по наработке дизеля (по моточасам)

5. Переход на тяжелое топливо и обратно

6. Пуск «тяжелого» потребителя

7. Управление блэкаутами

8. Защиты двигателя и генератора

В этой лекции рассмотрим систему управления на контроллерах европейской компании ComAp. Это семейство контроллеров сравнительно недавно появилось на рынке морских систем управления, т.е. оно одно из самых молодых и поэтому наиболее современных семейств, использующих все последние наработки в этой области.

Описание контроллера ComAp

1.1 Общее описание.

Программируемые логические контроллеры COMAP предназначены для решения широкого круга задач автоматизации как в промышленности, так и на транспорте. Серия InteliSys сертифицирована морским классификационным обществом Lloyd’s Register of Shiping для использования на судах морского флота.

В данной системе используются контроллеры COMAP InteliSys IS-NT-BB, предназначенные для управления дизель-генераторными установками. Они имеют следующие характеристики.

1.1.1. Основные возможности:

- Управление параллельной работой до 32 генераторных агрегатов;

- Управление верхнего уровня для систем комплексной автоматизации;

- Изменяемое распределение нагрузки через сеть CAN;

- Функция усовершенствованного управления питанием;

- Настраиваемое управление нагрузкой при параллельной работе с береговой электросетью;

- Широкий спектр поддержки блоков управления дизельными двигателями с различными способами впрыска топлива;

- Расширенные коммуникационные возможности:

o Встроенный веб-сервер;

o Полная поддержка CAN и Modbus;

o Поддержка GPS и AirGate;

- Совместимость с дисплеями ComAp's InteliVision;

- Отправка сообщений по e-mail и SMS;

- Обширные встроенные защитные функции;

- Гибкость с модулями расширения ComAp;

- Использование истинного среднеквадратического значения (True Root-Mean-Square (TRMS)) для измерения напряжения, тока и мощности.

1.1.2. Технические харктеристики

1.1.2.1. Источник питания

- Диапазон напряжения питания 8-36 В постоянного тока;

- Потребляемый ток:

o 0,4 А при 8 Вольтах постоянного тока,

o 0,15 А при 24 Вольтах постоянного тока,

o 0,1А при 36 Вольтах постоянного тока;

1.1.2.2. Условия эксплуатации:

- Рабочая температура: от - 40°C до +70°C;

- Температура хранения: от - 40°C до +80°C;

- Максимальная рабочая высота:

- 2000 м выше уровня моря макс. 480 В,

- 4 000 м выше уровня моря макс. 400 В;

- Рабочая влажность: 95%.

1.1.2.3. Измерение напряжения

Измерение исходных данных:

- 3 фазы напряжения генератора,

- 3 фазы напряжения сети/шины;

Диапазон измерений: 110В/277В фаза-нейтраль;

Максимально допустимое напряжение: 125% напряжения фаза-нейтраль

Точность: 1% от110В/277В;

Диапазон частот: 40-70 Гц;

Входное сопротивление: 0.6 MΩ фаза-фаза, 0.3 MΩ фаза-нейтраль.

1.1.2.4. Измерение тока

Измерительные входы:

- 3 фазы тока генератора,

- 1 фаза тока сети,

- Гальванически изолированы;

Диапазон измерений: 1А /5A;

Максимально разрешенный непрерывный ток: 200% (при 1А)/200% (при 5А)

Точность: 2% от 1А /5A;

Входное сопротивление: <0,1 Ω.

1.1.2.5. Цифровые входы:

- Количество: 16 неизолированных;

- Входное сопротивление: 4,7 kΩ;

- Высокий/низкий уровень сигнала:

o 0-2 Вольт постоянного тока – низкий уровень,

o 4 Вольт постоянного тока – высокий уровень.

- Двоичные выходы.

o Количество: 16 неизолированных;

o Максимальный ток: 0,5 (2 А на группу выходов);

o Переключение на: высокий/низкий уровень сигнала.

1.1.2.6. Аналоговые входы.

- Количество: 4 неизолированных;

- Тип: переключаемый (напряжение, сопротивление, ток);

- Разрешение: 10 битов, максимум 4 десятичных числа

- Диапазон: 0-10 Вольт постоянного тока/0-20 мА

- Входное сопротивление:> 100 kΩ(напряжение)/> 100 kΩ(сопротивление)/180 Ω(ток);

- Точность:

o ±1% измеряемое значение ±1 мВ,

o ±2% измеряемое значение ±2 Ω,

o ±1% измеряемое значение ±0.5 мА.

1.1.2.7. Аналоговые выходы.

- Количество: 1;

- Тип: переключаемый (напряжение, ток);

- Диапазон: 0-10 Вольт постоянного тока/0-20 мА;

- Максимальный ток/нагрузка: 5 мА / 500 Ω;

- Точность:

o ±0.5% от выходного значения ±20 мВ

o ±0.5% от выходного значения ±100 μA

1.1.2.8. Магнитный датчик частоты вращения пик-ап

- Входной диапазон напряжения: 2 Vpk-pk to 50 Veff;

- Входной диапазон частоты: от 4 Гц до 15 кГц;

- Допуск измерения частоты: 0.2%.

1.1.2.9. Выходы регуляторов

· Напряжения:

- Тип: 5-вольтовый TTL PWM/±10 VDC с интерфейсом IG-AVR

· Скорости:

- Выходная мощность: ±10 мА Вольт постоянного тока/max.15;

- Выходное напряжение через резистор: ±10 Вольт постоянного тока через 10 kΩ резистор/максимум 1 мА;

- PWM: 500÷3000 Гц /5В / максимум 10мА.

1.1.2.10. Средства связи.

- RS232: Modbus, неизолированный;

- RS485: Modbus, изолированный;

- Display Port: неизолированный RS485, только клеммное соединение;

- USB-порт: открытый, изолированный;

- Ethernet port: гальванически изолированный, LAN/Интернет, ModbusTCP, SNMP, WebServer, AirGate;

- CAN1: для внешних модулей 250 Кбит/с, максимум 200 метров, изолированный;

- CAN2: связь между контроллерами и расширения связи 250/50 Кбит/с, максимум 200/1000 метров, изолированный.

 - Поддержка GPS и AirGate;

Рисунок 1.1 – Контроллер ComAp IS-NT-BB

1.2 Управление электростанцией

Контроллеры ComAp могут управлять параллельной работой генераторных агрегатов при различных конфигурациях энергосистемы.

Рисунок 1.2 – Классификация применений контроллера

 ComAp IS-NT-BB.

работы в выбранных конфигурациях. Для решения задач управления судовой электростанцией наиболее подходит приложение MINT.

Описание приложения MINT.

Приложение MINT предназначено для конфигураций, в которых до 32 генераторов работают в составе автономной системы и взаимодействуют друг с другом.

Включает в себя следующие основные функции:

- Автоматическая последовательность запуска и остановки с регулируемой синхронизацией.

- Широкий диапазон защит генератора и двигателя, дополнительные настраиваемые защиты.

- Множественная работа с цифровым распределением активной и реактивной нагрузки.

- Параллельная работа с береговой сетью.

- Управление одним выключателем (GCB), включая синхронизацию с сборными шинами.

- Мягкая загрузка и разгрузка генераторных агрегатов.

Рисунок 1.3 – Типовая схема подключения в приложении MINT

1.2.1 Режимы управления активной и реактивной мощностью

Базовая нагрузка системы

Группа генераторов управляется на постоянной (или регулируемой) мощности. Значение базовой нагрузки может быть изменено с помощью заданного значения или через аналоговый вход.
Уставки: ProcessControl: #SysLdCtrlPtM = BASELOAD; #SysBaseload; SysBaseLdMode.

Локальная базовая нагрузка

Выбранный генераторный агрегат из автономной или параллельной рабочей группы может быть загружен до постоянного значения (LocalBaseload). Это значение  взято из предустановок распределения нагрузки и управления мощностью. Значение LocalBaseload уменьшается только тогда, когда общая групповая (фактическая) нагрузка ниже этого значения. Генераторные агрегаты  в группе будут пытаться сопоставить свои локальные нагрузки (если их больше одного) на основе адресов их контроллеров, поэтому первым ограничиваться будет тот, который имеет самый высокий CAN-адрес. То есть эта функция автоматически отключается на одном или нескольких контроллерах, если не хватает мощности для покрытия всех запрошенных локальных загрузок.
Уставки: ProcessControl: LocalBaseload.

Базовый коэффициент мощности системы.

Группа генераторов управляется параллельно сети, чтобы поддерживать постоянный (или регулируемый) коэффициент мощности.

Уставки: ProcessControl: #SysPFCtrlPtM = BASEPF; #SysPwrFactor.

Импортируемая-экспортная нагрузка

Группа генераторов управляется для поддержания постоянной (или регулируемой) величины импорта или экспорта нагрузки. Внешний контроллер InteliMains NT должен быть подключен к CAN2 для управления генераторной группой в кВт/ч.
Уставки: ProcessControl: #SysLdCtrlPtM = LDSHARING.

Коэффициент мощности импорта / экспорта.

Группа генераторов контролируется для поддержания постоянного (или регулируемого) коэффициента мощности импорта или экспорта.
Уставки: ProcessControl: #SysLdCtrlPtM = VSHARING. Внешний контроллер InteliMains NT должен быть подключен к CAN2 для управления генераторной группой в /ч.

Управление мощностью.

Функция управления мощностью решает, сколько генераторов должно работать, и выбирает конкретные генераторные установки для запуска. Управление мощностью применимо в случаях, когда несколько генераторных установок работают параллельно с сетью или во время автономного режима работы. Эта функция основана на оценке нагрузки, чтобы обеспечить достаточную доступную рабочую мощность. Поскольку она позволяет системе запускать и останавливать генераторные установки в зависимости от нагрузки, она может значительно повысить топливную эффективность системы. Другими словами, дополнительный генератор запускается, когда нагрузка на систему поднимается выше определенного уровня. Дополнительный генератор останавливается, когда нагрузка на систему падает ниже определенного уровня. Процесс определения запуска и остановки генераторной установки выполняется в каждом контроллере; нет системы "ведущий ведомый". Таким образом, система очень надежна и устойчива к сбоям любого устройства в системе. Каждый из контроллеров можно отключить, не влияя на всю систему. За исключением ситуации, когда соответствующий генератор не доступен для управления мощностью.

Управление мощностью оценивает так называемый резерв мощности. Резерв мощности рассчитывается как разница между фактической нагрузкой и номинальной мощностью работающих генераторных установок. Резерв рассчитывается как абсолютное значение (в кВт / кВА) или относительно номинальной мощности генераторной (ых) установки (ей) (в%). Управление заданным значением Pwr: режим #Pwr mgmt используется для выбора абсолютного или относительного режима.

Функция автоматической смены приоритетов фокусируется на эффективном запуске генераторной установки с учетом времени работы и размера генераторной установки.

Управление мощностью включает и отключает генераторную установку, которая будет активна в рамках управления мощностью, а также запускает и останавливает автоматические зависимости от нагрузки. Если управление мощность отключено, запуск и остановка генераторной установки не зависят от нагрузки группы. Если генераторная установка остается в автоматическом режиме (AUT), условия работы зависят только от двоичного входа пуск / остановки.

Двоичный вход пуск / остановки запрашивает запуск или остановку генераторной установки. Если вход не активен, генераторная установка останавливается с задержкой управления Pwr: #SysAMFstopDel после деактивации входа и не запускается снова, если работает в автоматическом режиме (AUT). Если вход активируется снова, управление задержкой Pwr: #SysAMFstrtDel начинает обратный отсчет. По истечении времени задержки генераторная установка активируется и может быть запущена системой управления мощностью. Другими словами, управление питанием активируется только в том случае, если активирован бинарный вход start / stop, опция уставки распределения нагрузки: Pwr management = ENABLED и выбран автоматический режим (AUT).
Внутренние условия, основанные на оставшихся резервах нагрузки и приоритетах, оцениваются по истечении задержки. Если резерв нагрузки недостаточен, генераторная установка запускается после задержки, заданной управлением уставкой Pwr: #NextStrt del, истек. После запуска генераторной установки контроллер оценивает условия остановки на основе резервов нагрузки и приоритетов. Если резерв достаточен для остановки определенного генераторного набора, он останавливается после задержки, заданной управлением уставкой Pwr: #NextStopDel истек. Все время состояние остановки системы - то есть двоичный вход Sys запуск / останов деактивирован - также оценивается. Как только задержка, заданная управлением уставкой Pwr: #SysAMFstopDel истекла, все генераторные установки в режиме AUT останавливаются. На следующем рисунке показана логика активации и деактивации системы. Запуск всей системы задерживается на это время.

Резерв мощности.

Управление мощностью основано на концепции резерва мощности. Резерв мощности определяется как разность номинальной рабочей мощности группы в рамках управления питанием и общей нагрузки системы. Существует два способа определения резерва мощности. Абсолютное управление мощностью позволяет системе поддерживать запас нагрузки выше или равным значению в кВт или кВА, заданному соответствующей уставкой. Относительное управление мощностью гарантирует, что запас нагрузки поддерживается выше или равен относительной части в% от номинальной мощности группы (то есть запуска генераторов, активных в управлении мощностью), заданной соответствующей уставкой. В зависимости от ситуации резервы нагрузки рассчитываются по-разному в двух случаях:

Случай № 1: • работа в автономном режиме • или параллельно с работой от сети, ProcessControl: #SysLdCtrl PtM = LDSHARING

Пример: • работа в автономном режиме • или параллельно с работой от сети, управление процессом: #SysLdCtrl PtM = LDSHARING

Таблица 1.1 – Расчет резерва мощности для случая №1.

Случай № 2: • параллельно с работой от сети, управление процессом: #SysLdCtrl PtM = BASELOAD

Таблица 1.2 – Расчет резерва мощности для случая №2.

Где,

- ARstrt - Фактический абсолютный резерв в кВт или кВА - для расчета запуска двигателя.

- ARstp - Фактические абсолютные запасы в кВт или кВА - для расчета остановки двигателя.

- RRstrt - Фактический относительный резерв в% - для расчета запуска двигателя.

- RRstp - Фактические Относительные резервы в% - для расчета остановки двигателя.

- ΣPgNom - Сумма номинальной мощности всех генераторных установок на шине.

- ΣPg * Nom - Сумма Номинальной мощности всех генераторных установок на шине, кроме той, которая будет остановлена.

- ΣPgActBaseLdСумма - фактической мощности всех генераторных установок на шине = нагрузка на систему.

- Базовая нагрузка задается заданным значением ProcessControl: #SysBaseLoad

Последовательность запуска и остановки.

Как написано выше, управление питанием основано на оценке нагрузки, чтобы обеспечить достаточную доступную рабочую мощность. Дополнительный генераторный агрегат запускается, когда нагрузка на систему поднимается выше определенного уровня, чтобы сохранить достаточно большой запас нагрузки.

Рисунок 1.4 – Последовательность запуска дизель-генератора.

На рисунке 1.4 изображена ситуация, когда запрашивается дополнительный генераторный комплект для подключения уже запущенного генераторного комплекта к шине.

Как показано на рисунке 1.4, нагрузка на систему превысила уровень, определенный условиями запуска, т. е. резерв нагрузки недостаточен, как того требует управление уставкой Pwr: #LoadResStrt. Уровень обозначен зеленой пунктирной линией. Если резерв нагрузки остается недостаточным в течение более длительного времени, чем определено в управлении уставкой Pwr: #NextStrt del, фактически запускается следующий генераторный агрегат. Стандартная последовательность запуска следующая. После завершения процедуры синхронизации выключатель GCB замыкается, и мощность генераторной установки увеличивается. После загрузки резерв загрузки системы увеличивается и снова становится достаточным.

Как написано выше, управление питанием основано на оценке нагрузки, чтобы обеспечить достаточную доступную рабочую мощность. Дополнительный генераторный агрегат останавливается, когда нагрузка на систему падает ниже определенного уровня, чтобы избежать неэффективного запуска генераторного агрегата. На рисунке 1.5 изображена ситуация, когда генераторная установка запрашивается остановить из-за управления питанием.

Рисунок 1.5 – Последовательность остановки дизель-генератора

Как показано на рисунке 1.5, нагрузка на систему уменьшилась ниже уровня, определенного условием останова, то есть Резерв нагрузки превысил предел, заданный уставкой Pwr management: #LoadResStop. Уровень обозначен красной пунктирной линией. Если резерв загрузки поддерживает этот предел в течение более длительного времени, чем определено управлением уставкой Pwr: #NextStopDel del, следующий генераторный агрегат фактически запрашивается для остановки. Как только с генераторной установки снята вся нагрузка, выключатель GCB размыкается. Обратите внимание, что сумма номинальной мощности всех генераторных установок в шине уменьшается на номинальную мощность остановленного генератора. Генераторная установка готова к запуску, если загрузка системы снова возрастет.

Абсолютное управление мощностью.

Управление питанием, основанное на абсолютных резервах мощности, может быть успешно использовано в случаях, когда доли нагрузки подобны установленной мощности генератора или даже больше. Цель режима абсолютного резерва состоит в том, чтобы постоянно обеспечивать один и тот же резерв мощности независимо от того, сколько генераторов работает в данный момент. Режим идеально подходит для промышленных предприятий с большими нагрузками.
Абсолютное управление мощностью гарантирует регулируемый запас нагрузки в кВА или кВт.

Активация:

Пример управления абсолютной мощностью показан на рисунке 1.6. Есть три генераторных установки со следующим выбором уставок:

Рисунок 1.6 – Пример абсолютного управления мощностью.

Рисунок 1.7 – Пример запуска и остановки при абсолютном управлении мощностью.

Как показано на обоих рисунках выше, дополнительный генераторный агрегат добавляется, когда фактический резерв нагрузки ниже уровня, заданного управлением уставкой Pwr: #LoadResStrt X. Дополнительный генераторный агрегат отключается, когда фактический резерв нагрузки превышает уровень, установленный уставкой Pwr: #LoadResStop X. Зеленая пунктирная линия отображает значение нагрузки, при которой запрашивается запуск дополнительного генератора. Это значение значения загрузки связано с заданным значением уставки Pwr: #LoadResStrt X следующим образом:

Сумма номинальной мощности - #LoadResStrt X = значение нагрузки, когда дополнительный генератор запрашивает запуск, например:

700 кВт - 100 кВт = 600 кВт.

Красная пунктирная линия показывает значение нагрузки, при которой дополнительный генераторный агрегат запрашивается для остановки. Это значение загрузки связано с заданным значением уставки Pwr: #LoadRes Stop X следующим образом:

Сумма номинальной мощности - #LoadResStop X = значение нагрузки, когда дополнительный генератор требует остановки, например:

 700 кВт - 125 кВт = 575 кВт.

Есть 4 уровня для запуска и остановки генераторов:

· #LoadResStrt 1 / #LoadResStop 1 считается по умолчанию.

· #LoadResStrt 2 / #LoadResStop 2 считается, если LBI (logical binary inputs (логические двоичные входы)): загрузка Res 2 активирована

· #LoadResStrt 3 / #LoadResStop 3 считается, если LBI (logical binary inputs (логические двоичные входы)): загрузка Res 3 активирована

· #LoadResStrt 4 / #LoadResStop 4 считается, если LBI (logical binary inputs (логические двоичные входы)): Загрузка Res 4 активирована.

Приоритеты

Приоритет генератора в группе задается заданным значением Pwr management: Priority. Низкое число представляет «более высокий» приоритет, то есть генераторная установка с меньшим номером начинается раньше другой с более высоким числом. Другими словами, заданное значение Pwr management: Priority означает порядок, в котором запускаются генераторные установки, подключенные к шине. Пример показан на рисунке ниже. Есть четыре генераторных установки со следующим выбором уставок:

Таблица 1.4 – Пример управления на основании проритетов

Управление мощностью

© helpiks.su При использовании или копировании материалов прямая ссылка на сайт обязательна.