西門子PLC模塊6ES7515-2UM01-0AB0詳細說明

15年前,，只有幾百個電站向德國電網(wǎng)送電,，而在未來，德國將有數(shù)百萬個發(fā)電廠,，這些太陽能電站,、風電場、生物質(zhì)發(fā)電廠和小型熱電聯(lián)產(chǎn)電廠將構(gòu)成一個多元化的電網(wǎng),。為充分利用各類能源資源,，德國電力公司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)德國向可再生能源轉(zhuǎn)型的相關(guān)計劃要求德國在2050年之前將可再生能源發(fā)電的占比提高到80%,。風能、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,。眼下德國的電力主要來自數(shù)量有限的大型電廠，但將來,，德國將有數(shù)以百萬的小型分布式發(fā)電站并網(wǎng)發(fā)電,。這將對當前的電力市場帶來沖擊。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,、實時電價和用戶需求數(shù)據(jù),，然后為電廠生成預(yù)測數(shù)據(jù)和生產(chǎn)計劃。

這進而要求新的軟件系統(tǒng)來控制和協(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,，集體發(fā)揮一座大型電廠的作用,，從而克服單一風電和光伏發(fā)電設(shè)施*的發(fā)電量時高時低問題。咨詢公司普華永道（PwC）的一項研究顯示，虛擬電廠在向可再生能源轉(zhuǎn)型的過程中將是的要素,。

虛擬電廠的特點一如其名,，它并不像傳統(tǒng)意義上的發(fā)電廠一樣存在于現(xiàn)實世界。虛擬電廠只是整合一系列小型電廠,，利用*的軟件運營這些小電廠,，使它們?nèi)缤患掖笮碗姀S一般集體運轉(zhuǎn)。此類虛擬電廠可匯聚不計其數(shù)的風電場,、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，因而未來將在向可再生能源轉(zhuǎn)型的過程中發(fā)揮舉足輕重的作用,。德國大型電力公司RWE敏銳地認識到了虛擬電廠的戰(zhàn)略重要性,，已于2008年開始在多特蒙德運營一個虛擬電廠。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),、的電價信息和用戶需求數(shù)據(jù)，然后每小時為組成虛擬電廠的發(fā)電設(shè)施生成預(yù)測數(shù)據(jù)和生產(chǎn)計劃,。

如今這座以風電場為主,、光伏電站和生物質(zhì)發(fā)電廠為輔的虛擬電廠的總裝機容量已達到15萬千瓦。RWE代表電廠運營商在萊比錫的歐洲能源交易市場（EEX）或者以平衡電力供需為目的現(xiàn)貨市場上出售這些電能,。在這兩個市場中,，如果買方需要加急供應(yīng)，賣方則可以獲得較高的電價,。單個發(fā)電站本身由于規(guī)模過小而無法在EEX市場上交易電能,，但是通過上述方式，它們可以享受高于德國《可再生能源法》規(guī)定的常規(guī)入網(wǎng)電價,。

將來,，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荷。從電網(wǎng)的角度講,，從電網(wǎng)中撤出部分負荷（例如關(guān)閉冷藏倉庫中的某個冷藏設(shè)備）與在電網(wǎng)中加入某臺發(fā)電機（例如啟動備用柴油發(fā)電機）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砦覀儠吹綄ｉT用于管理可開關(guān)負荷的虛擬電廠,。"設(shè)在德國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營一個較小的虛擬電廠,，這個電廠同樣采用了DEMS系統(tǒng)。該公司整合的電廠總裝機容量超過兩萬千瓦，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,、一座風電場、一座光伏電站和幾臺備用柴油發(fā)電機,。小的發(fā)電設(shè)備的產(chǎn)能僅為30千瓦時,。接下來將加入該虛擬電廠的有一座生物質(zhì)發(fā)電廠、一座地熱發(fā)電廠和若干可開關(guān)負荷的設(shè)備（例如大型泵機和冷藏倉庫）,。據(jù)慕尼黑電力公司虛擬電廠項目負責人Markus Henle介紹,，此項目的初衷并非實現(xiàn)大規(guī)模運營。其首要任務(wù)是在多類能源發(fā)電的協(xié)調(diào),，以及組織與運營流程的日常管理方面積累經(jīng)驗,。DEMS提高了預(yù)測和規(guī)劃工作的可靠性，由于計劃內(nèi)電力生產(chǎn)在電力市場上可以帶來更高的收益,，因而DEMS帶來了創(chuàng)造價值的新機會,。

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)出越來越多的電力整合商，它們將小型發(fā)電站整合起來,，有時要通過提供大大高于《可再生能源法》強制規(guī)定的低入網(wǎng)電價的價格來吸引發(fā)電機構(gòu),。這令政府頗為頭痛，因為它意味著電廠運營商從中享受雙重優(yōu)待,。德國計劃2013年初出臺的《可再生能源法》修訂案將遏制上述現(xiàn)象,，但這樣一來，虛擬電廠市場的日子可能就要難過了,。

西門子PLC模塊6ES7515-2UM01-0AB0詳細說明

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)動的電機電磁噪聲減小,，使電機的銅損、鐵損大幅減少,。其原理圖如圖2所示,。

?購買了該類濾波器后,，我們?nèi)ガF(xiàn)場進行了調(diào)試。由于對該類現(xiàn)場接觸較少,，技術(shù)人員準備不太充分,，雖然增加了濾波器，但濾波效果仍不理想,，在重載時仍存在干擾,，DCS系統(tǒng)不能正常工作，變頻器仍無法運行,。于是我們對問題做了具體的分析,。

??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,，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,。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,，輸出電流信號是受PWM載波信號調(diào)制的脈沖波形,，對于GTR大功率逆變元件，其PWM的載波頻率為2～3kHz,，而IGBT大功率逆變元件的PWM載頻可達15kHz,。同樣，輸出回路電流信號也可分解為只含正弦波的基波和其他各次諧波,，而高次諧波電流對負載直接干擾,。另外高次諧波電流還通過電纜向空間輻射，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,，作為一個強大的干擾源，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)生的輻射干擾對周圍的無線電接收設(shè)備產(chǎn)生強烈的影響，傳導(dǎo)干擾使直接驅(qū)動的電機產(chǎn)生電磁噪聲,，使得銅損、鐵損大幅增加,，同時傳導(dǎo)干擾和輻射干擾對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行了溝通,，了解了其工作原理,、布線情況，分析認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力線槽內(nèi)，而輸出線不在線槽內(nèi),，離電機也比較近,。再者，原布線系統(tǒng)不太合理,，動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地線到了線槽上,。變頻器產(chǎn)生的高次諧波通過變頻器的輸入線和地線輻射到其它設(shè)備的電源線和信號線上（尤其是比較敏感的傳感器的信號線。這里強調(diào)一點：我們的變頻器與DCS控制系統(tǒng)不是同一臺變壓器給電,，可以排除直接傳導(dǎo)干擾）,，干擾了控制系統(tǒng)的正常工作。

??分析這些問題,，由于原布線系統(tǒng)已成定型,，再動幾乎是不可能，因此改變電源線和信號線布線的想法應(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，對變頻器的輸入端再加強濾波措施,，按理論問題應(yīng)于解決,。

在現(xiàn)場原發(fā)酵罐停車后，我們在原濾波器基礎(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差模環(huán)，在輸入的三根相線上套兩個共模磁環(huán),，并將地線接至配電室的地上,。這樣處理后開機運行,，在電機空載的情況下運行正常，沒有出現(xiàn)干擾報警現(xiàn)象,。

??帶載運行時,，305、307罐出現(xiàn)干擾報警,。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罐不再干擾報警,，但307罐仍間隔幾分鐘出現(xiàn)干擾報警現(xiàn)象,，分析可能是兩臺變頻器產(chǎn)生的共模干疊加所至，也可能是地線放在動力線槽內(nèi),，走線較長引起的,，于是在地線上加裝地線濾波器，但效果也不太好,。后來將地線拆除（經(jīng)測量變頻器整機漏電流很小,，對人體不會造成危害，所以可以將地線拆除）,，效果好一些,，但報警現(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,，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共模環(huán)，這樣開機運行,，工作正常,，整個系統(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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