基于GCP31模块的发电机组并车与负荷分配控制系统

史书臣

(天津信达自动化工程有限公司，天津 300457)



基于GCP31模块的发电机组并车与负荷分配控制系统

史书臣

(天津信达自动化工程有限公司，天津 300457)

摘要：以海洋石油平台发电机组并车与负荷分配控制系统工程为实例，从控制系统设计、控制系统网络拓扑、系统功能与特性、系统控制对象、系统控制工作原理、系统工作特性等方面，论述了基于GCP31综合控制器设计的发电机组并车与负荷分配自动控制系统。该系统可根据各发电机组的实际工况和电气负载工况，精确可靠地实现多台发电机组之间的负荷分配和平稳的发电机组并车。

关键词：GCP31综合控制器自动控制负荷并车

某海洋石油平台由于生产扩能需要，在其附近新建设一座发电动力辅助平台。为了给原石油生产平台的工艺生产提供足够的电力并更好地完成电力负荷分配与控制，需将新建动力平台与原石油生产平台的发电机组进行并车，以满足石油生产平台在安全生产过程中对电力的需求。为此针对新老石油平台发电机组的实际情况，设计了基于GCP31模块的发电机组并车与负荷分配控制系统。

1系统设计

图1　系统连接结构示意

基于新/老3台发电机组控制盘的结构特点与电气特性以及GCP31控制模块的工作特性和控制功能，设计发电机组并车与负荷控制系统的系统采集与控制连接结构如图1所示。

2系统网络拓扑结构

发电机组并车与负荷控制系统的监控操作功能，由平板工业监控计算机，综合控制器GCP31，CT/PT，负载开关辅助触点，控制机柜，调速/调压控制盘等共同实现，监控系统连接网络拓扑如图2所示。

监控计算机的操作系统采用Windows Sever 2003；综合控制器GCP31和联合控制器LS4的供电电源采用冗余供电方式设计，以提高其工作的可靠性；CT/PT/干触点为高压配电盘中专用于监控系统的电流互感器和电业互感器、负载开关的辅助干触点。

3系统功能与特性

3.1系统控制对象

图2　监控系统连接网络拓扑示意

发电机组并车与负荷控制系统的控制对象是石油平台生产装置中原有透平发电机组和扩容新增建的透平发电机组，该两套发电机组的调速与调压均为DROOP/ISOCH方式，调速、调压外部接收信号均为干触点信号。

3.2系统控制原理

基于综合控制器GCP31设计的负荷分配装置，充分利用新老透平发电机组和10.5 kV配电盘上的原有设施及功能，为每台透平发电机组配置1台GCP31，控制系统配置2台LS4控制模块。在3台发电机控制盘和10.5 kV配电盘的2个母联(SCB3和VCB2)上均有同步并车装置，负荷分配装置设计不考虑同步并车功能；发电机的调速、调压由发电机本体的调速、调压系统完成，负荷分配装置起修正作用。

系统中发电机组合闸后，高压盘断路器反馈触点发送到GCP31，控制器通过机组侧的三相 PT/CT感应发电机组本机的负荷量大小，并通过CANBus总线网络与其他发电机组的GCP31控制器通信，确认其他机组是否合闸(双机或三机)并比较负荷。如果机组间的负荷不同，GCP31控制器将通过调压/调频信号,提升/降低频率或电压以平衡负荷，并保持稳定分配状态。

针对并车发电机组的容量和种类，通过软件设置发电机组特性，GCP31均可完成发电机组成比例的负荷分配。该控制器通过各发电机的专用CT和PT获得机组的电流、电压、频率输出信号，监测并控制各发电机的有功及无功负载的分配，与各发电机控制盘的调速、调压装置密切配合。

2台或3台发电机并列运行时，为了确保负载发生变化时，发电机能够在要求的频率及电压指标下稳定运行，GCP31将根据系统负载状况，向各发电机控制盘发送升/降信号，通过发电机调速器和电压调节器修正或改变系统的负载的分配。

1) 频率控制。由发电机控制盘的速度调节器调节给定频率来保持发电机组的频率处于稳定状态，同时频率的给定值也可以通过GCP31以自动或手动方式修正和调节。当频率超出规定的调节范围时，GCP31根据系统负荷变化发出相应的升/降脉冲信号，调节发电机的频率；脉冲的长度与频率误差的大小成比例，为了减小频率预调，脉冲长度可在1～15个脉冲范围内调整。频率控制与发电机的功率控制紧密相关，所以每一台发电机的控制将同时根据系统频率及系统有功功率的大小来输出升/降脉冲信号进行控制。

2) 有功功率控制。由发电机控制盘根据发电机的实际输出功率值调节调速器给定值，同时该给定值也可通过GCP31发出的升/降脉冲信号进行修正调节。当系统负荷发生变化时，GCP31可根据发电机的实际输出能力按比例地分配并列运行发电机间的有功负载；当功率超出允许的比例范围时，其发出相应的升/降脉冲信号，调节发电机的输出功率；该脉冲的长度与功率偏差值的大小成比例，脉冲长度可在1～15个脉冲范围内调整，与频率控制紧密相关，发出的脉冲信号将与频率控制为同一信号。

3) 电压控制。由发电机控制盘的AVR电压调节器调节给定电压以维持电压的稳定状态，同时电压的给定值也可由GCP31发出的升/降脉冲信号进行修正和调节。当系统电压信号超出规定的调节范围时，GCP31发出相应的升/降的脉冲调节信号；脉冲的长度与电压偏差值的大小成比例，脉冲长度可调整，范围在1～15个脉冲，并与系统的无功功率控制紧密相关，所发出的脉冲信号将与无功功率控制为同一信号。

4) 无功功率控制。由发电机控制盘的AVR电压调节器控制，同时GCP31给出的升/降脉冲信号也可调节及修正AVR调节器的给定值。当系统负荷发生改变时，GCP31可根据各发电机组之间的无功功率输出能力，按比例分配各发电机的无功输出；当无功功率超出各发电机允许的比例范围时，通过发出相应的升/降脉冲信号调节整个系统的无功功率分配；该脉冲长度与无功功率偏差值的大小成比例，脉冲长度可在1～15个脉冲范围内调整，并与系统电压控制密切相关，其脉冲控制信号与电压控制信号为同一信号。

3.3系统工作特性

每台发电机配置的GCP31，从相应发电机出口开关配电盘PT和CT上获得本机的电压和电流，以感测本机组承担有功和无功功率负荷的大小；GCP31接收检测发电机出口开关的状态以及母联开关的状态，使负荷分配装置判断是否激活负荷分配功能。

若3台发电机组中任意2台发电机出口开关闭合且这2台机组之间母联开关闭合，或3台发电机组出口开关和母联开关全部闭合时，负荷分配装置发挥负荷分配功能，其他工况负荷分配功能失效。

3台发电机组GCP31之间用CANBus通信线进行连接，通过机组对发电机组的有功、无功功率大小的比较，向发电机遥控盘发出相应的调速或调压信号，以实现发电机之间按比例分配负荷(包括有功和无功功率)。发电机遥控盘均接收调速、调压干触点信号，各开关的状态信号均为干触点形式；LS4控制模块通过CANBus总线与GCP31控制模块进行数据传输交换。

4结束语

基于GCP31控制模块和LS4控制模块设计的发电机组并车与负荷分配控制系统，已实际投入使用。经现场合理调整后，控制系统控制工作稳定，负荷分配控制响应及时，能够根据各个发电机组的实际工况和负载情况，精确地实施发电机组之间的负荷分配和平稳的发电机组并车，应用效果良好。

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中图分类号：TP273

文献标志码：B

文章编号：1007-7324(2015)02-0071-03

作者简介：史书臣，男，1989年毕业于沈阳化工学院生产过程自动化及计算机应用专业，主要从事过程控制、机电设备控制设计及大型工程项目管理等工作，任高级工程师、总工程师。

稿件收到日期： 2014-10-31。