湯春林

摘? 要：電力是鄉(xiāng)村振興的基礎(chǔ)，美麗鄉(xiāng)村建設(shè)離不開農(nóng)村電氣化的發(fā)展。在陜南安康地區(qū)，水力資源充沛，水力發(fā)電在鄉(xiāng)村振興中發(fā)揮著重要作用，但由于資金缺乏，部分小水電站設(shè)備陳舊、技術(shù)落后、能量轉(zhuǎn)換效率偏低。該文通過對水力發(fā)電的研究，結(jié)合安康地區(qū)小水電發(fā)展的實際情況，提出一種基于PLC控制的小水電準(zhǔn)同期并網(wǎng)及發(fā)電機并網(wǎng)保護控制系統(tǒng)，以提高運行可靠性，改善生產(chǎn)效益。

關(guān)鍵詞：準(zhǔn)同期并網(wǎng)? 控制策略? 合閘提前角? 調(diào)頻調(diào)壓

中圖分類號： TM62? 文獻標(biāo)識碼：A? ?文章編號：1672-3791（2021）10（b）-0000-00

Application of PLC in Quasi Synchronous Grid Connection Control of Small Hydropower Station

TANG? Chunlin

（Ankang Vocational and Technical College， Ankang， Shaanxi Province， 725000 China）

Abstruct： Electric power is the basis of Rural Revitalization. The construction of beautiful countryside is inseparable from the development of rural electrification. In Ankang area of Southern Shaanxi， there are abundant hydraulic resources， and hydropower plays an important role in Rural Revitalization. However， due to the lack of funds， some small hydropower stations have outdated equipment， backward technology and low energy conversion efficiency. Through the research on hydropower generation and combined with the actual situation of small hydropower development in Ankang area， this paper proposes a quasi synchronous grid connection and generator grid connection protection control system of small hydropower based on PLC control， so as to improve operation reliability and production efficiency.

Key Words： Quasi synchronous grid connection; Control strategy; Closing advance angle; Frequency modulation and voltage regulation

1? 提出背景

電力是鄉(xiāng)村振興的基礎(chǔ)，美麗鄉(xiāng)村建設(shè)離不開農(nóng)村電氣化的發(fā)展。隨著國家節(jié)能減排政策的實施，水電、風(fēng)電、光伏發(fā)電等環(huán)保型能源逐漸引起人們的重視，在水力資源豐富的鄉(xiāng)村，水力發(fā)電具有較高的經(jīng)濟效益，逐漸成為鄉(xiāng)村電力的重要組成部分[1-2]。

小型水電站在鄉(xiāng)村振興中發(fā)揮著重要作用，但大部分小水電站由于資金缺乏，建站時間長，設(shè)備陳舊、技術(shù)落后、能量轉(zhuǎn)換效率偏低;相當(dāng)多水電站缺乏技術(shù)資料，運行方式粗放;停機事故多，檢修時間長，嚴(yán)重影響發(fā)電量及運行效益。

在農(nóng)村小型水電站中，大部分水電站只有一兩臺小型機組，由于資金有限，很多投資商不愿意采用價格比較高的微機準(zhǔn)同期并網(wǎng)裝置，導(dǎo)致大部分電站沒有及時進行設(shè)備更新，很多水電站目前還采用手動并網(wǎng)裝置。為了改善小水電的生產(chǎn)效益，提高供電可靠性，滿足廣大用戶的用電質(zhì)量要求，該文通過水力發(fā)電的研究，結(jié)合安康地區(qū)小水電發(fā)展的實際情況，提出一種基于PLC控制的小水電準(zhǔn)同期并網(wǎng)及發(fā)電機并網(wǎng)保護控制系統(tǒng)。

2? 硬件設(shè)計

該設(shè)計核心PLC由西門子CPU224及數(shù)字量混合輸入輸出模塊EM233、電源模塊組成。準(zhǔn)同期并網(wǎng)裝置組成框圖如圖1所示。

PLC與上位機通信設(shè)計，選用RS485標(biāo)準(zhǔn)接口，將PLC采集的發(fā)電機、電網(wǎng)電壓、電流、頻率、勵磁電壓信號實時傳送出來，實現(xiàn)實時監(jiān)控。

3控制策略

準(zhǔn)同期并網(wǎng)過程中頻率、電壓調(diào)節(jié)控制策略，電壓、頻率調(diào)節(jié)過程中采用“九宮圖”策略，將合閘允許電壓、頻率偏差按上、下限分為9個區(qū)域，不同區(qū)域采用不同的控制策略。

分區(qū)控制策略分析[3]：

0區(qū)，電壓合格，頻率合格，等待主機發(fā)合閘命令，合閘;

1區(qū)，電壓越限，頻率合格，減勵磁電壓，至電壓合格，1區(qū)到0區(qū)，等待合閘;

2區(qū)，頻率偏低，電壓偏高，先調(diào)頻，再調(diào)壓，2區(qū)到1區(qū)再到0區(qū)，等待合閘;

3區(qū)，電壓合格，頻率偏低，先調(diào)頻，再調(diào)壓，3區(qū)到1區(qū)再到0區(qū)，等待合閘;

4區(qū)，電壓偏低，頻率偏低，先調(diào)頻，再調(diào)壓，4區(qū)到5區(qū)再到0區(qū)，等待合閘;

5區(qū)，電壓偏低，頻率合格，增勵磁電壓，至電壓合格，5區(qū)到0區(qū)，等待合閘;

6區(qū)，電壓偏低，頻率偏高，先調(diào)頻，再調(diào)壓，6區(qū)到5區(qū)再到0區(qū)，等待合閘;

7區(qū)，電壓合格，頻率偏高，先調(diào)頻，再調(diào)壓，7區(qū)到5區(qū)再到0區(qū)，等待合閘;

8區(qū)，電壓偏高，頻率偏高，先調(diào)頻，再調(diào)壓，8區(qū)到1區(qū)再到0區(qū)，等待合閘。

4軟件設(shè)計

（1）合閘主程序流程見圖3。

（2）合閘提前角：考慮斷路器動作時間T，合閘信號發(fā)出時間應(yīng)在相位相同時刻之前。差頻電壓經(jīng)硬件電路運用相位比較原理形成差頻三角波，經(jīng)PLC計算越前時間，合閘提前角子程序流程見圖4[4]。

（3）逆功率保護：逆功率保護是小水電發(fā)電機并網(wǎng)的重要保護設(shè)備，cos?φ型逆功率繼電器最符合發(fā)電機對逆功率保護的要求，本設(shè)計采用微機型cos?φ逆功率保護[5-6]。

5? 仿真模擬

利用STEP7 PLC編程軟件進行仿真調(diào)試，結(jié)合安康職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程實訓(xùn)中心二次變電實訓(xùn)平臺進行實驗?zāi)M，證實該方案在理論上可實現(xiàn)準(zhǔn)同期并網(wǎng)控制。

參考文獻

[1] 冒卓影.共生視角下的廣州都市邊緣鄉(xiāng)村住宅更新改造設(shè)計策略研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2020.

[2] 敖文宇.區(qū)域環(huán)境治理視角下節(jié)能減排政策評價研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2020.

[3] 袁石良.電力系統(tǒng)動態(tài)頻率和相量測量算法及其應(yīng)用研究[D].北京：中國礦業(yè)大學(xué)（北京），2018.

[4] 高桑田.基于毫米波雷達的內(nèi)輪差盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計研究[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2020.

[5] 張莉楠.毫米波雷達的汽車防撞系統(tǒng)信號處理研究[D].重慶：重慶理工大學(xué)，2019.

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