（1.中国船舶重工集团公司第七O三研究所 黑龙江哈尔滨 150078;2.中国船舶重工集团公司第七O三研究所无锡分部 江苏无锡 214151）
摘要:孤网电站容量相对较小，大设备启停、机组故障等原因都会对电网造成冲击，使电压和频率产生波动，甚至造成电网崩溃。因此，需要设计一套PMS（Power Management System）控制系统对电网进行控制，使机组协调工作，并在发生故障时可实现减载以保证电网稳定运行。本文主要介绍应用于伊朗北阿油田4╳15MW燃气轮机孤网电站的PMS系统，包括软硬件组成、主要功能、HMI界面及控制性能。
关键词:燃气轮机；PMS；功率分配；减载
引言
燃气轮机具有单机功率大、比功率大、自动化程度高、启停及变负荷迅速、占地面积小、适应性强、污染物排放少等特点，近些年燃气轮机发电机组装机容量呈现快速增长的局面，。
中国石油集团股份有限公司开发的伊朗北阿扎德甘油田，建设了一座孤网电站，以满足该油田生产、生活用电需求。该电站采用4台15MW燃气轮机发电机组，3台运行1台备用。配备一套PMS系统，用来实现对整个电站负荷管理及电气监控。
PMS与燃机发电机组、同期保护屏、励磁屏、中压负载开关柜、厂站DCS通过硬接线与MODBUS 485通讯传输控制及反馈信号，对电网监控与调节，通过MODBUS 485通讯从厂站变电站、公用系统、UPS、软启、变频器等设备采集信号进行集中监控与管理。
2PMS系统软硬件
2.1硬件
PMS系统硬件主要由PLC控制器、IO模块、通讯模块、交换机、工控机、打印机组成。
为提高运行可靠性，该系统采用了冗余设计。
2.2软件
下位机编程软件平台选用RSLogix5000。监控软件分为连续性任务和周期性任务。
上位机界面采用Wonderware 公司InTouch组态软件进行开发，历史数据库软件采用Historian，操作系统为Windows Server 2003。
3PMS主要功能
3.1机组远程控制
PMS可控制机组的有功输出、无功输出、频率、电压等，还可进行机组启停、并网、手动调度机组、报警确认与复位、紧急停机等操作。
3.2负荷分配
PMS将电网上全部负荷根据机组可输出的最大功率按比例分配给每台机组，保证每台机组处于各自的高效输出区间，可延长机组使用寿命并提高电网经济性。
当某台机组出现保护限制时，PMS将锁定该机组输出或将负荷转移至其它正常运行的机组上，限制保护主要分为限制增加负荷、限制减少负荷以及限制保护降负荷至慢车，机组限制保护消除后，自动投入负荷分配。
PMS允许对一台或多台机组进行手动分配负荷，即调度模式，此时可输入目标功率值，其余处于自动控制状态下的机组由PMS控制自动增加或减少相应负荷。
3.3有功功率控制
网上负荷增加的瞬间，频率会降低，负荷减少，频率会升高。PMS根据电网参数变化计算功率输出值送到每台机组，完成有功功率控制。
3.4无功功率控制
水泵、压缩机感性负载起动时会消耗网上的无功功率，尤其是直接启动时，所需无功功率很大，单台机组无法承载，因此需要PMS将网上的无功功率按比例分配给并网机组，控制方式同有功功率分配相似。PMS根据电网参数的变化计算出无功功率输出值送到每台机组，达到调节无功功率的目的。
3.5减载控制
当运行中的一台或多台发电机组跳机、发生电气故障导致电网频率产生较大波动或网上备用功率不足，并且短时间内正常运行机组无法使电网恢复正常时，需要将部分用电负荷从电网切除，以保证电网稳定，这就是减载控制。
当减载条件触发时，减载控制程序会按分级表首先切除级别较低的负荷，如果该级别负荷总功率过小，不足以使电网恢复正常，就要切除下一级别负荷，直至电网恢复。
减载控制触发条件主要包括低频、备用功率不足以及发电机组跳机。
3.6大负荷启动
启动过程中有功或无功消耗较大的设备称为大负荷。当大负荷启动瞬间，由于有功与无功功率突然增加，此时电网频率与电压会有一个显著降低的过程，大负荷启动完成后还要满足总负荷不要超过系统所能承载的最大负荷。PMS会计算并判断系统是否能够完成大负荷启动。如果系统余量不足，则不允许启动，可关停其它不必要的负荷或启动其它机组使条件满足。
4控制性能
图1为单台机组启动一台注水泵的曲线，ABUS11ABV为母线电压，ABUS11ABF为母线频率，GQ010_1为1号机组有功功率，GQ020_1为1号机组无功功率，注水泵额定功率1.6MW，启动方式为直接启动。从图中可看出，频率最低为49.4Hz，变化0.6Hz，电压最低9.88kV，变化1.12kV，有功最大升高2.2MW，无功最大升高9.18MVar。
图1单机启动注水泵
图2为两台机组并网状态下由PMS控制启动一台注水泵的曲线，GQ010_1与GQ010_2分别为1号、2号机组有功功率，GQ020_1与GQ020_2分别为1号、2号机组无功功率。从图中可看出，注水泵功率被两台机平分，频率最低为49.82Hz，变化0.18Hz，电压最低10.39kV，变化0.61kV，单机有功最大升高1.14MW，单机无功最大升高4.84MVar。
图2 两台并网机组启动注水泵
从以上两组曲线对比可以看出，PMS控制下有功功率及无功功率平均分配给两台机组，机组运行平稳，电网频率及电压波动较小，单机启动注水泵时频率波动0.6Hz，两台机组在PMS控制下频率波动仅为0.18Hz，不到单机启动的1/3。
5结语
综上所述，PMS可实现对多台燃气轮机发电机组的并网控制；为保护电网稳定还具有减载、大负荷启动控制等功能；同时还具有机组控制、趋势、报警、事件记录等功能。通过对单机与两台机组启动注水泵的曲线进行对比分析得出，PMS可有效进行有功与无功分配，并使电网频率及电压波动大幅减小。
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作者简介：于涛，男，（1974-），汉，黑龙江哈尔滨人，中国船舶重工集团公司第七O三研究所，高级工程师，150078
论文作者:于涛1,王玉恒1,许铁岩1,孙鹏2,马翼2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第30期
论文发表时间:2018/3/12
标签：机组论文; 功率论文; 负荷论文; 电网论文; 频率论文; 燃气轮机论文; 电压论文; 《电力设备》2017年第30期论文;