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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:溫孟川
研究生(外文):Wen Meng Chuan
論文名稱:以PLC為基礎之高科技業自動卸載系統設計與實現
論文名稱(外文):Design and Implementation of an Auto-Load Shedding System for a High-tech Industry Based on PLC
指導教授:卓明遠
指導教授(外文):Ming-Yuan Cho
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:電機工程系碩士班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:104
中文關鍵詞:自動卸載可程式控制器多功能電錶
外文關鍵詞:PLC
相關次數:
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本論文所設計之電力系統卸載策略的主要原理乃應用智慧型自動卸載方法藉由可程式控制器(Programmable Logic Controller,PLC)建構一實際的自動卸載系統,利用即時回傳之現有廠內發電機發電量、負載量與精準計算程序,確保電力系統在穩定的電壓與頻率條件下進行負載卸載,不致影響工廠之生產流程。此系統透過各個11.4kV的高壓盤上的多功能電表,將各迴路的用電狀況傳回該變電站的PLC。再者透過PLC的網路,將每一個高壓盤的用電量,以及每一台發電機的發電量傳回卸載計算主PLC,然後再從監控系統中讀取卸載的優先順序表。整個計算流程完成後,決定出“待卸載”迴路,再將這些資料透過PLC網路傳回每一個高壓盤作為設定值。另一方面,本文應用偵測系統事故的保護電驛,利用兩級的閉鎖電驛並聯設計方式,將原本一個供跳脫的接點,解多工成一百多個來自系統的跳脫接點,接到每一個高壓盤形成卸載迴路。此接點和PLC輸出的待卸載接點串連後,形成實際的跳脫接點。PLC連續的計算用電、發電量與變更需要設為“待卸載”的高壓盤。當電力系統事故發生時,系統的跳脫接點會直接致能到每一個高壓盤,只有被設為“待卸載”的高壓盤會跳脫,其餘的迴路則不會跳脫。
為驗證本文所設計卸載策略之效能與實用性,本卸載系統以PLC軟硬體實現並整合至一高科技TFT廠之能源管理系統中,經由幾次實際解連事故的考驗與驗證,本文所設計與實現之卸載系統確實能應用至高科技廠中,並在維持電力系統之電壓與頻率穩定條件下,能有效執行系統解連後之負載卸載工作。
This thesis proposes an intelligent automatic load shedding method to design a PLC (programmable logic controller) based load shedding system to relief the scheduled load without the violation of system voltage and frequency as well as the production process should the power shortage is occurring from Taipower system. The right and quick decision is executing by the accurate computation and the complete information of loading and generation output acquired from switchgears. The designed system is first to install the power meter on 11.4kV switchgear to collect the current loading and convey to PLC located on switchgears. Both all switchgears’ loading and all generators’ output are transferred to master PLC via PLC’s network and the computation procedure in the PLC is then executed. Based on the priority of load shedding for all switchgears, the computation results are then referred to decide which group of loads waited for shedding and they are returned to set the candidate of switchgear via the PLC network. In this thesis, protective relays of lock relay are applied in terms of two-stage parallel connecting way to multiplex single contact into one hundred system contacts to form shed loops located on each switchgear. Each of these contacts are in series with corresponding digital output in waited for shedding on PLC to form real tripped contact of system. The PLC periodically computes the mismatch of generation output and loading in order to assign the waited for shedding switchgear. Once the power system disconnection has occured, the tripped contacts will enable each switchgear with waited for shedding status and the load shedding will function except for the other disable switchgear.
In order to justify the effectiveness and practicality of the designed load shedding strategy, the PLC based system is embedded into energy management system at one of the TFT company. After testing several outage events of the power system, the proposed system can efficiently finish the load shedding task without violating the deviation of system voltage and frequency in the company.
目錄
目 錄 頁次
中文摘要…………………………………………………………………………………I
英文摘要…………………………………………………………………………………II
誌謝……………………………………………………………………………………IV
目錄………………………………………………………………………………………V
表目錄…………………………………………………………………………………IX
圖目錄……………………………………………………………………………………X
第一章 緒論……………………………………………………………………………1
1.1 研究背景與動機………………………………………………………………1
1.2 論文架構……………………………………………………………………5
第二章 電力系統卸載方法之比較與選擇…………………………………………7
2.1 與負載斷路器直接連鎖方式的卸載控制……………………………………7
2.2 利用多段式頻率電驛(Frequency Relay)的卸載控制……………………8
2.3 以PLC為Base的卸載系統………………………………………………10
2.3.1 PILS的工作原理………………………………………………….11
2.3.2 PILS系統的概略硬體架構………………………………………12
2.4 PILS與其他系統之比較…………………………………………………13
第三章 系統說明…………………………………………………………………16
3.1 初期引進兩台汽電共生的電力系統及卸載方式………………………16
3.2 最後完成12台汽電共生的電力系統概述………………………………20
3.3 控制系統概述……………………………………………………………22
第四章 硬體電路設計……………………………………………………………24
4.1 解聯硬體電路設計…………………………………………………………24
4.2 電表讀值硬體電路設計……………………………………………………28
4.3 PLC網路硬體電路設計……………………………………………29
第五章 軟體設計…………………………………………………………………31
5.1 電表讀值程式設計…………………………………………………………31
5.1.1 解析電表的通信協定……………………………………………31
5.1.2 資料暫存、儲存區規劃……………………………………………38
5.1.3 編寫通信程式……………………………………………………39
5.1.4 讀值轉換…………………………………………………………44
5.2 系統PLC間資料傳遞………………………………………………………49
5.2.1 各現場PLC盤與閘道PLC間的資料傳遞……………………49
5.2.2 各閘道PLC與卸載量計算主PLC間的資料傳遞………………52
5.2.3 資料流之解析……………………………………………………54
5.3 卸載計算程式之設計………………………………………………………57
5.3.1 發電量計算………………………………………………………57
5.3.2 總用電量計算…………………………………………………60
5.3.3 卸載量計算及卸載設定…………………………………………62
第六章 系統操作與實際案例分析…………………………………………………68
6.1 監控系統的操作簡介……………………………………………………68
6.1.1 主畫面……………………………………………………………68
6.1.2 電力系統主畫面…………………………………………………70
6.2 尖峰時段解聯案例分析……………………………………………………76
6.3 離峰時段解聯案例分析……………………………………………………78
第 七 章 結論與未來展望…………………………………………………………82
參考文獻……………………………………………………………………………83
附錄………………………………………………………………………………87
A. 多功能電表的參數位址表…………………………………………………………87
A.1 FUN03各即時資料位址表…………………………………………………87
A.2 FUN03各歷史資料位址表…………………………………………………88
A.3 FUN03各系統參數位址表…………………………………………………89
A.4 寫入功能06之位址及設定範圍參數對照表……………………………90
A.5 寫入功能16之位址及設定範圍參數對照表………………………………91
A.6 寫入功能16上下限範圍及位址對照表……………………………………91
A.7 讀值與實際值轉換表………………………………………………………92
B. 電表參數轉換相對應區域位址表…………………………………………………93
B.1 轉換前原始資料暫存區……………………………………………………93
B.2 轉換後實際值資料儲存區…………………………………………………...94
C. 系統各區資料互相連結的對應對照表(僅列舉部份區域)………………………95
C.1 TFT區閘道PLC寫入TFT1變電站bit資料詳細內容……………………95
C.2 TFT1變電站寫入TFT區閘道PLC的bit資料部份詳細內容……………96
C.3 TFT1變電站寫入TFT區閘道PLC的word資料部份詳細內容…………97
C.4 閘道PLC的bit資料部份詳細內容…………………………………………98
C.5 閘道PLC的word資料部份詳細內容………………………………………99
D. 卸載相關資料……………………………………………………………………100
D.1 卸載相關bit、DM與分電盤對應關係表…………………………………100
D.2 卸載計算的PLC程式……………………………………………………101

表目錄
表2-1 使用多段式頻率電驛的卸載表………………………………………………9
表2-2 PILS與其他系統的比較表……………………………………………………15
表3-1 用戶系統之責任分界點至少應有的保護電驛…………………………………17
表3-2 兩台汽電共生時各電驛跳脫對象………………………………………………18
表3-3 12台汽電共生時各電驛跳脫對象……………………………………………21
表5-1 DPM 400硬體傳輸設定………………………………………………………32
表5-2 DPM 400的通信格式…………………………………………………………32
表5-3 功能欄位的設定………………………………………………………………32
表5-4 利用FUN01讀取DO0、DO1的命令字串……………………………………33
表5-5 利用FUN01讀取DO0、DO1的回應字串……………………………………33
表5-6 利用FUN01讀取DO值的解析………………………………………………33
表5-7 利用FUN02讀取DI0~DI3的命令字串………………………………………34
表5-8 利用FUN02讀取DI1~DI4的回應字串………………………………………34
表5-9 利用FUN02讀取DI值的解析…………………………………………………34
表5-10 利用FUN03讀取Uca、Ia的命令字串………………………………………35
表5-11 利用FUN03讀取Uca、Ia的回應字串………………………………………35
表5-12 FUN03相關參數位址分配表………………………………………………36
表5-13 利用FUN05控制DO1=ON、DO2=OFF的命令字串及回應字串…………36
表5-14 利用FUN06清除所有最大值/最小值的命令字串及回應字………………37
表5-15 利用FUN16寫入PT1設定值的命令字串……………………………………37
表5-16 利用FUN16寫入PT1設定值的回應字串…………………………………38
圖目錄
圖1-1 國立高雄科學技術學院電能管理系統的控制及通信架構圖…………………3
圖2-1 斷路器連鎖跳脫方式之卸載系統示意圖………………………………………7
圖2-2 使用多段式頻率電驛的卸載系統示意圖………………………………………8
圖2-3 使用多段式頻率電驛卸載時,執行到Stage-1設定的頻率響應曲線…………9
圖2-4 PILS的功能方塊圖及信號傳遞架構………………………………………11
圖2-5 PILS的硬體架構示意圖………………………………………………………13
圖3-1 兩台汽電共生的電力系統圖……………………………………………………17
圖3-2 兩台汽電共生時BAC903解聯電路圖(DG並聯)……………………………19
圖3-3 兩台汽電共生時BAC903解聯電路圖(DG串聯)……………………………19
圖3-4 最後完成12台汽電共生的電力系統圖………………………………………20
圖3-5 控制系統示意圖…………………………………………………………………22
圖4-1 傳統分電盤GCB控制迴路……………………………………………………24
圖4-2 各分電盤GCB控制迴路修改…………………………………………………25
圖4-3 各分電盤GCB控制參考畫面…………………………………………………25
圖4-4 各86閉鎖電驛的串接分配……………………………………………………26
圖4-5 各PLC盤輸出電路……………………………………………………………27
圖4-6 各PLC盤與多功能電表間通信網路示意圖…………………………………28
圖4-7 PLC、ADAM-4520與電表間詳細接線圖………………………………………29
圖4-8 監控及PLC網路系統架構……………………………………………………30
圖5-1 設定兩組通信協定群…………………………………………………………40
圖5-2 各通信協定使用的Sequence號碼…………………………………………40
圖5-3 所有會用到的命令字串通信協定………………………………………………41
圖5-4 所有會用到的回應字串通信協定………………………………………………41
圖5-5 完整的通信協定組合……………………………………………………………42
圖5-6 #003通信協定,讀取電表03基本參數及電能參數的流程…………………42
圖5-7 Port.A電表01~10 PLC程式讀取流程………………………………………43
圖5-8 電表03部份PLC程式畫面……………………………………………………43
圖5-9 PMCR指令參數1設定…………………………………………………………44
圖5-10 電表03 Vca原始值轉換方式1………………………………………………45
圖5-11 電表03 Vca原始值轉換方式2………………………………………………46
圖5-12 各參數的轉換流程…………………………………………………………47
圖5-13 TFT區閘道PLC所管轄各現場PLC的資料連結表………………………50
圖5-14 圖5-13資料連接表的設定範例……………………………………………51
圖5-15 各閘道PLC間的資料連結表…………………………………………………52
圖5-16 圖5-15資料連接表的設定範例……………………………………………53
圖5-17 電表資料送到卸載計算主PLC之資料映對流程……………………………55
圖5-18 卸載計算主PLC計算結果送到各變電站之流程……………………………56
圖5-19 總發電量計算流程……………………………………………………………58
圖5-20 DG1可用發電量計算程式…………………………………………………59
圖5-21 DG7可用發電量計算程式…………………………………………………60
圖5-22 總用電量計算流程……………………………………………………………61
圖5-23 卸載優先順序設定畫面………………………………………………………63
圖5-24 卸載計算流程……………………………………………………………64
圖5-25 MLPX解碼的說明………………………………………………………66
圖6-1 主畫面……………………………………………………………………………69
圖6-2 電力系統主畫面…………………………………………………………………70
圖6-3 安全卸載畫面……………………………………………………………………71
圖6-4 安全卸載設定密碼確認…………………………………………………………72
圖6-5 TFT1工廠棟的變電站畫面……………………………………………………73
圖6-6 GCB控制密碼確認……………………………………………………………74
圖6-7 TFT1工廠棟的變電站GCB控制畫面………………………………………75
圖6-8 GCB控制Reset……………………………………………………………75
圖6-9 全廠變電站示意圖……………………………………………………………75
圖6-10 尖峰事故案例暫態記錄器全圖………………………………………………77
圖6-11 尖峰事故案例暫態記錄器局部放大圖………………………………………78
圖6-12 離峰事故案例暫態記錄器全圖………………………………………………79
圖6-13 離峰事故案例暫態記錄器局部放大圖………………………………………79
參考文獻
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[32]Zhang, Z.; Li, K.K.; Yin, X.G.; Zhang, Y.H.; Chen, D.S.; “An adaptive microcomputer based load shedding relay”, Industry Applications Conference, 1999. Thirty-Fourth IAS Annual Meeting. Conference Record of the 1999 IEEE, Volume 3, 3-7 Oct. 1999 Page(s):2065 - 2071 , vol.3
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