西門子PLC模塊6ES7515-2UM01-0AB0詳細(xì)說(shuō)明

西門子PLC模塊6ES7515-2UM01-0AB0詳細(xì)說(shuō)明

15年前，只有幾百個(gè)電站向德國(guó)電網(wǎng)送電，而在未來(lái)，德國(guó)將有數(shù)百萬(wàn)個(gè)發(fā)電廠，這些太陽(yáng)能電站、風(fēng)電場(chǎng)、生物質(zhì)發(fā)電廠和小型熱電聯(lián)產(chǎn)電廠將構(gòu)成一個(gè)多元化的電網(wǎng)。為充分利用各類能源資源，德國(guó)電力公司RWE和慕尼黑電力公司基于西門子的技術(shù)，建立了虛擬發(fā)電廠。

順應(yīng)德國(guó)向可再生能源轉(zhuǎn)型的相關(guān)計(jì)劃要求德國(guó)在2050年之前將可再生能源發(fā)電的占比提高到80%。風(fēng)能、光伏發(fā)電和生物質(zhì)發(fā)電的快速發(fā)展，要求建立全新的電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施輸配電能。眼下德國(guó)的電力主要來(lái)自數(shù)量有限的大型電廠，但將來(lái)，德國(guó)將有數(shù)以百萬(wàn)的小型分布式發(fā)電站并網(wǎng)發(fā)電。這將對(duì)當(dāng)前的電力市場(chǎng)帶來(lái)沖擊。任何人只要在房頂裝上幾片光伏電池板，就可以成為“產(chǎn)消者"——既是發(fā)電者，也是用電者。

分布式能源管理系統(tǒng)（DEMS）處理天氣、實(shí)時(shí)電價(jià)和用戶需求數(shù)據(jù)，然后為電廠生成預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)計(jì)劃。

這進(jìn)而要求新的軟件系統(tǒng)來(lái)控制和協(xié)調(diào)如此復(fù)雜的基礎(chǔ)設(shè)施。在這方面，目前業(yè)界流行一個(gè)炙手可熱的新詞“虛擬電廠"，它是指將一些小型發(fā)電站整合起來(lái)，集體發(fā)揮一座大型電廠的作用，從而克服單一風(fēng)電和光伏發(fā)電設(shè)施*的發(fā)電量時(shí)高時(shí)低問(wèn)題。咨詢公司普華永道（PwC）的一項(xiàng)研究顯示，虛擬電廠在向可再生能源轉(zhuǎn)型的過(guò)程中將是的要素。

虛擬電廠的特點(diǎn)一如其名，它并不像傳統(tǒng)意義上的發(fā)電廠一樣存在于現(xiàn)實(shí)世界。虛擬電廠只是整合一系列小型電廠，利用*的軟件運(yùn)營(yíng)這些小電廠，使它們?nèi)缤患掖笮碗姀S一般集體運(yùn)轉(zhuǎn)。此類虛擬電廠可匯聚不計(jì)其數(shù)的風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站、生物質(zhì)發(fā)電廠和熱電聯(lián)產(chǎn)電廠所生產(chǎn)的電能，因而未來(lái)將在向可再生能源轉(zhuǎn)型的過(guò)程中發(fā)揮舉足輕重的作用。德國(guó)大型電力公司RWE敏銳地認(rèn)識(shí)到了虛擬電廠的戰(zhàn)略重要性，已于2008年開始在多特蒙德運(yùn)營(yíng)一個(gè)虛擬電廠。該電廠的“大腦"是西門子提供的“分布式能源管理系統(tǒng)"（DEMS）。DEMS可處理天氣數(shù)據(jù)、的電價(jià)信息和用戶需求數(shù)據(jù)，然后每小時(shí)為組成虛擬電廠的發(fā)電設(shè)施生成預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)計(jì)劃。

如今這座以風(fēng)電場(chǎng)為主、光伏電站和生物質(zhì)發(fā)電廠為輔的虛擬電廠的總裝機(jī)容量已達(dá)到15萬(wàn)千瓦。RWE代表電廠運(yùn)營(yíng)商在萊比錫的歐洲能源交易市場(chǎng)（EEX）或者以平衡電力供需為目的現(xiàn)貨市場(chǎng)上出售這些電能。在這兩個(gè)市場(chǎng)中，如果買方需要加急供應(yīng)，賣方則可以獲得較高的電價(jià)。單個(gè)發(fā)電站本身由于規(guī)模過(guò)小而無(wú)法在EEX市場(chǎng)上交易電能，但是通過(guò)上述方式，它們可以享受高于德國(guó)《可再生能源法》規(guī)定的常規(guī)入網(wǎng)電價(jià)。

將來(lái)，虛擬電廠不僅可以匯聚電力生產(chǎn)，還可以整合電力消耗，也就是不同的用電負(fù)荷。從電網(wǎng)的角度講，從電網(wǎng)中撤出部分負(fù)荷（例如關(guān)閉冷藏倉(cāng)庫(kù)中的某個(gè)冷藏設(shè)備）與在電網(wǎng)中加入某臺(tái)發(fā)電機(jī)（例如啟動(dòng)備用柴油發(fā)電機(jī)）并沒有什么不同，其結(jié)果都是有更多電能可供其他用戶使用?！皩?lái)我們會(huì)看到專門用于管理可開關(guān)負(fù)荷的虛擬電廠。"設(shè)在德國(guó)紐倫堡的西門子基礎(chǔ)設(shè)施與城市業(yè)務(wù)領(lǐng)域智能電網(wǎng)集團(tuán)的虛擬電廠產(chǎn)品經(jīng)理Thomas Werner博士表示。

協(xié)調(diào)多元化的電力結(jié)構(gòu)。慕尼黑電力公司也在運(yùn)營(yíng)一個(gè)較小的虛擬電廠，這個(gè)電廠同樣采用了DEMS系統(tǒng)。該公司整合的電廠總裝機(jī)容量超過(guò)兩萬(wàn)千瓦，整合的電廠包括該公司自有的伊薩河水電站、五座熱電聯(lián)產(chǎn)電廠、一座風(fēng)電場(chǎng)、一座光伏電站和幾臺(tái)備用柴油發(fā)電機(jī)。小的發(fā)電設(shè)備的產(chǎn)能僅為30千瓦時(shí)。接下來(lái)將加入該虛擬電廠的有一座生物質(zhì)發(fā)電廠、一座地?zé)岚l(fā)電廠和若干可開關(guān)負(fù)荷的設(shè)備（例如大型泵機(jī)和冷藏倉(cāng)庫(kù)）。據(jù)慕尼黑電力公司虛擬電廠項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Markus Henle介紹，此項(xiàng)目的初衷并非實(shí)現(xiàn)大規(guī)模運(yùn)營(yíng)。其首要任務(wù)是在多類能源發(fā)電的協(xié)調(diào)，以及組織與運(yùn)營(yíng)流程的日常管理方面積累經(jīng)驗(yàn)。DEMS提高了預(yù)測(cè)和規(guī)劃工作的可靠性，由于計(jì)劃內(nèi)電力生產(chǎn)在電力市場(chǎng)上可以帶來(lái)更高的收益，因而DEMS帶來(lái)了創(chuàng)造價(jià)值的新機(jī)會(huì)。

整合的能源形式越多，就越易于平衡供需關(guān)系。正因如此，眼下涌現(xiàn)出越來(lái)越多的電力整合商，它們將小型發(fā)電站整合起來(lái)，有時(shí)要通過(guò)提供大大高于《可再生能源法》強(qiáng)制規(guī)定的低入網(wǎng)電價(jià)的價(jià)格來(lái)吸引發(fā)電機(jī)構(gòu)。這令政府頗為頭痛，因?yàn)樗馕吨姀S運(yùn)營(yíng)商從中享受雙重優(yōu)待。德國(guó)計(jì)劃2013年初出臺(tái)的《可再生能源法》修訂案將遏制上述現(xiàn)象，但這樣一來(lái)，虛擬電廠市場(chǎng)的日子可能就要難過(guò)了。

西門子PLC模塊6ES7515-2UM01-0AB0詳細(xì)說(shuō)明

變頻器輸入端電源濾波器是采用高導(dǎo)磁率的鐵氧體磁心及鐵粉芯，配接一定的電容，構(gòu)成LC濾波器，將變頻器產(chǎn)生的高次諧波（在某一頻帶內(nèi)的）濾掉，而使臨近或同一電網(wǎng)工作的電器設(shè)備不受干擾，能夠正常工作。其原理圖如圖1所示。

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??                                                          圖1 輸入濾波器電路原理圖

??變頻器輸出端電源濾波器采用電感（L）濾波，抑制變頻器輸出的傳導(dǎo)干擾和減少輸出線上低頻輻射干擾，使直接驅(qū)動(dòng)的電機(jī)電磁噪聲減小，使電機(jī)的銅損、鐵損大幅減少。其原理圖如圖2所示。

?購(gòu)買了該類濾波器后，我們?nèi)ガF(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了調(diào)試。由于對(duì)該類現(xiàn)場(chǎng)接觸較少，技術(shù)人員準(zhǔn)備不太充分，雖然增加了濾波器，但濾波效果仍不理想，在重載時(shí)仍存在干擾，DCS系統(tǒng)不能正常工作，變頻器仍無(wú)法運(yùn)行。于是我們對(duì)問(wèn)題做了具體的分析。

??變頻器產(chǎn)生干擾的原因

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??                                                                  圖3 變頻器主電路圖

??變頻器主電路一般是交流—直流—交流模式見圖3，外部輸入380V/50Hz的工頻電源經(jīng)三相橋路不可控整流成直流電壓信號(hào)，經(jīng)濾波電容濾波及大功率晶體管開關(guān)元件逆變?yōu)轭l率可變的交流信號(hào)。在整流回路中，輸入電流的波形為不規(guī)則的矩形波，波形按傅立葉級(jí)數(shù)分解為基波和各次諧波，其中的高次諧波將干擾輸入供電系統(tǒng)。在逆變輸出回路中，輸出電流信號(hào)是受PWM載波信號(hào)調(diào)制的脈沖波形，對(duì)于GTR大功率逆變?cè)?，其PWM的載波頻率為2～3kHz，而IGBT大功率逆變?cè)腜WM載頻可達(dá)15kHz。同樣，輸出回路電流信號(hào)也可分解為只含正弦波的基波和其他各次諧波，而高次諧波電流對(duì)負(fù)載直接干擾。另外高次諧波電流還通過(guò)電纜向空間輻射，干擾鄰近電氣設(shè)備。

??變頻器干擾的主要傳播途徑

??變頻器工作時(shí)，作為一個(gè)強(qiáng)大的干擾源，其干擾途徑一般分為輻射、傳導(dǎo)、電磁耦合、二次輻射和邊傳導(dǎo)邊輻射等。主要途徑如圖4所示：

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??                                                      圖4變頻器干擾的主要傳播途徑

??從上圖可以看出，變頻器產(chǎn)生的輻射干擾對(duì)周圍的無(wú)線電接收設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)烈的影響，傳導(dǎo)干擾使直接驅(qū)動(dòng)的電機(jī)產(chǎn)生電磁噪聲，使得銅損、鐵損大幅增加，同時(shí)傳導(dǎo)干擾和輻射干擾對(duì)電源輸入端所連接或鄰近的電子敏感設(shè)備有很大的影響。

??針對(duì)這兩次調(diào)試情況和變頻器產(chǎn)生干擾及干擾的途徑，我們聯(lián)合電源濾波器生產(chǎn)廠商的工程師進(jìn)行了分析總結(jié)，并與北京康拓生物工程有限公司的工程師多次進(jìn)行了溝通，了解了其工作原理、布線情況，分析認(rèn)為主要還是變頻器輸入端產(chǎn)生的高頻諧波造成的干擾。因裝變頻器后，變頻器的輸入線在原動(dòng)力線槽內(nèi)，而輸出線不在線槽內(nèi)，離電機(jī)也比較近。再者，原布線系統(tǒng)不太合理，動(dòng)力線槽與控制線槽距離較近，只有20cm，按規(guī)定應(yīng)不少于50cm，且兩線槽平行走線，這些都是比較忌諱的。變頻器的地線接的也不太合理，接在了電源線的走線槽上，線槽的作用一是支撐電源線、二是起屏蔽的作用，變頻器的干擾又通過(guò)地線到了線槽上。變頻器產(chǎn)生的高次諧波通過(guò)變頻器的輸入線和地線輻射到其它設(shè)備的電源線和信號(hào)線上（尤其是比較敏感的傳感器的信號(hào)線。這里強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)：我們的變頻器與DCS控制系統(tǒng)不是同一臺(tái)變壓器給電，可以排除直接傳導(dǎo)干擾），干擾了控制系統(tǒng)的正常工作。

??分析這些問(wèn)題，由于原布線系統(tǒng)已成定型，再動(dòng)幾乎是不可能，因此改變電源線和信號(hào)線布線的想法應(yīng)予以排除，變頻器地線可以另走，拉一根地線直接接至配電室電控柜的地線上，對(duì)變頻器的輸入端再加強(qiáng)濾波措施，按理論問(wèn)題應(yīng)于解決。

在現(xiàn)場(chǎng)原發(fā)酵罐停車后，我們?cè)谠瓰V波器基礎(chǔ)上又增加了一套共模及差模磁環(huán)，在輸入、輸出每相線上各套二個(gè)差模環(huán)，在輸入的三根相線上套兩個(gè)共模磁環(huán)，并將地線接至配電室的地上。這樣處理后開機(jī)運(yùn)行，在電機(jī)空載的情況下運(yùn)行正常，沒有出現(xiàn)干擾報(bào)警現(xiàn)象。

??帶載運(yùn)行時(shí)，305、307罐出現(xiàn)干擾報(bào)警。將地線改至控制307罐（該罐已使用變頻器，線槽內(nèi)走的是該變頻器的輸出線）變壓器的地線上，305罐不再干擾報(bào)警，但307罐仍間隔幾分鐘出現(xiàn)干擾報(bào)警現(xiàn)象，分析可能是兩臺(tái)變頻器產(chǎn)生的共模干疊加所至，也可能是地線放在動(dòng)力線槽內(nèi)，走線較長(zhǎng)引起的，于是在地線上加裝地線濾波器，但效果也不太好。后來(lái)將地線拆除（經(jīng)測(cè)量變頻器整機(jī)漏電流很小，對(duì)人體不會(huì)造成危害，所以可以將地線拆除），效果好一些，但報(bào)警現(xiàn)象也是間斷出現(xiàn)，這樣分析應(yīng)該不是地線引起的，還是輸入端的濾波措施不夠，沒有將高頻干擾濾除干凈。因此停機(jī)，在輸入的每相線上再加兩只差模環(huán)，在三條輸入相線上再套三個(gè)共模環(huán)，這樣開機(jī)運(yùn)行，工作正常，整個(gè)系統(tǒng)不再出現(xiàn)干擾現(xiàn)象。系統(tǒng)處理后的框圖如圖5所示。

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