电力管理系统PMS技术说明

电力管理系统(PMS)技术说明

电力管理系统(PMS)为工厂的发电和供电提供控制和监测功能。有分析表明，在对供电连续性高的工厂企业中，每一次断电所造成的损失可高达100万美元。PMS致力于优化电能的生产的消费，防止系统扰动造成的工厂停电，确保安全运行。

PMS主要包括以下功能模块：

➢减载

➢功率控制

➢电动机再加速起动

➢发电机控制

➢同期控制

➢断路器控制

➢电动机控制

➢变压器控制

以上功能都是相对独立的模块，用户可以根据项目的具体情况，有针对性地选择相应模块，既满足功能要求，又保证了经济性。

下面详细介绍各个功能模块。

1. 减载

1.1 概述

工厂供电网络中，在某些情况下会出现负荷超过电源（发电机或者公用电网联络线）能够供应的电力。这种情况所引起的后果取决于工厂供电网络是与公用电网相连接还是处于孤岛运行模式：

与电网相连

出现功率不平衡时，供电网络的频率需由公用电网来维持，这将增加从公用电网输入的功率。如果输入功率过大，超过了联络线的负载限制，将引起跳闸，进入孤岛运行模式。

孤岛运行模式

功率不平衡将引起频率下降，发电机必须增加出力以维持频率。如果发电机出力升到极限值还是无法消除功率不平衡，机组保护将起动跳闸，最终造成工厂停电。

减载系统的作用就是在发生功率不平衡时，通过切断非重要负载或者供电网络的一部分，来确保工厂中所有必要和关键负载的供电。

减载的应用，通常做法是在不重要的负载馈线保护中采用低频减载功能。低频减载的原理是当系统频率降低到整定值以下，或者df/dt超过整定值时，根据事先设定的优先级，分批切除负载。由于工厂运行时负载是实时变化的，而且在不同的故障工况下，被切除电源的发电量也不同，系统功率缺额是无法预知的。因此低频减载存在不知道究竟该切多少负载，不知道已经切了多少负载的缺点。而且这种方法是当不良后果已经出现（频率下降）再采取补救措施的被动应对，反应时间慢（通常整定时间为0.5S-2S），造成系统很大的频率波动，严重时可能造成停电。

而PMS的减载系统，是通过实时监测引起功率不平衡的工况，按照事先确定的优先级顺序切除部分负荷来补偿功率缺额。

PMS拥有以下不同原理的减载功能：

➢快速减载

➢低频减载

➢最大峰值功率需量减载（过负荷减载）

➢手动减载

1.2 快速减载

快速减载的原理是：系统实时监测供电网络的状态，包括断路器的分合、发电机的出力、联络线的输入功率、负载消耗的功率等。当母联或发电机断路器分闸时，减载系统会判断形成几个电气孤岛。对每一个电气孤岛，计算能量平衡。如果负荷超过可发出的功率，则将多余的负荷切除。

减载系统最多可以设置20个优先级，由操作人员事先定义。在每个优先级内还可以定义10个组。组是最小的减载单元。一旦减载启动，系统会针对每一个电气孤岛计算生成优先级减载表，同时根据能量平衡计算得出需要卸载的负荷，与优先级减载表进行对比，决定哪些负荷需要切除，最后发出减载命令。从故障发生到减载命令发出，时间最长不超过150毫秒。

正是由于PMS实时监测系统的发电量和负荷水平，可以在电力不足时迅速准确地计算出功率缺额，保证了在最短的时间内切除不重要的负荷。这是一种通过预判主动采取应对措施的方法，有效避免了故障引起的频率波动和停电事故。

1.3 低频减载

在PMS中，低频减载是作为快速减载的备用功能。当快速减载失败时，该功能会自动调用。启动减载的判据是频率的绝对值或者df/dt。

1.4 最大峰值功率需量减载（过负荷减载）

在发电机组处于最大出力的情况下，如果从公用电网联络线输入的功率超过了供电合同约定的最大值，PMS会自动根据优先级切除负载。操作人员可以不激活此功能，也可以决定自动减载执行到哪个优先级。某些优先级的负荷可以不参与最大峰值功率需量减载。在时间允许的前提下，在执行减载命令之前会发出报警信号提醒采取相应措施。

1.5 手动减载

操作人员可以设置全厂范围的减载优先级。为了帮助操作人员评估手动减载时需要切除多少负荷，系统会提供优先级减载表，显示每个优先级的实际负荷水平。

2. 功率控制

功率需量和功率因数控制

PMS会实时监测公用电网联络线的输入/输出功率，并计算15分钟功率需量。如果此计算值超过供电合同约定的最大值或者操作人员设定的值，系统会增加发电机的出力。在满足有功功率需量的前提下，PMS通过发电机电压调节器(AVR)控制输出的无功功率，维持系统接入点(PCC)的功率因数满足供电合同的要求。

母线频率和电压控制

当系统与公用电网断开形成电气孤岛时，系统无法在公用电网的支持下稳定频率和电压。此时在每一个电气孤岛中，都只有一台发电机组，根据负荷变化来调节输出有功功率和无功功率，维持系统频率和电压。

有功功率和无功功率分配控制

在孤岛运行模式下，负责调节系统的频率和电压的发电机的运行点可能慢慢接近输出曲线的界限，而其他发电机则在输出曲线的界限内轻载运行。这时PMS 将分配各发电机组之间的有功功率和无功功率，使得它们的运行点尽可能远离输出曲线的界限。这种方式提高了系统在扰动下的稳定性。

3. 电动机再加速起动

当系统出现故障，比如母线失压或者减载发生时，电动机负荷会与母线断开。再加速功能的目的就是确定当网络的失压状况恢复时哪些电动机可以自动重起动。

再加速起动的触发条件是减载完成后，操作人员进行复位，或者母线电压恢复到设定值以上。PMS系统中有一个最大允许起动时间参数，如果电动机失压的时间超过这个参数值，电动机将不会被起动。

PMS根据以下几个因素来判断哪些电动机被自动重起动：孤岛可用功率、负载优先级、电动机起动时间。由于电动机的起动负荷远大于持续运行负荷，PMS将根据优先级顺序分批起动被断开的电动机。

4. 发电机控制

发电机控制功能可用于系统中的每一台机组，并可应用于不同的网络配置，无论是孤岛模式或者与公用电网连接模式。发电机控制功能还可以与功率控制功能协同工作。

对于每一台发电机，都可以分别为调速器和AVR选择一个控制模式。发电机的运行取决于所选择的控制模式、电网的波动和蒸汽系统的变化。

5. 同期控制

PMS具有自动同期、半自动同期和手动同期功能。

自动同期模式下，操作人员选择需要进行同期的断路器和发电机。PMS系统自动选择哪些电压输入至同步器。同步器向发电机调速器和励磁控制器发出“升高/降低”脉冲。达到同期时，同步器就会发出合闸命令。

半自动同期模式下，“升高/降低”命令由同步器发出，合闸命令由操作人员发出。