（水利工程專業(yè)論文）青銅峽水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā).pdf

青銅峽水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)與開發(fā) 學(xué)科 水利工程 作者姓名 馬玉犟 導(dǎo)師姓名 啪渺踢 答辯日期 硝 3 研究方向 水利電力自動(dòng)化 簽名 另盂器 簽名 椎p 潞 摘要 寧夏青銅峽水電廠機(jī)組投運(yùn)較早 設(shè)備陳舊且老化嚴(yán)重 近年來雖然也對(duì)一 些設(shè)備進(jìn)行了技術(shù)改造 但均未形成廠級(jí)的監(jiān)控系統(tǒng) 由于青銅峽水電廠擔(dān)任寧 夏電網(wǎng)的調(diào)峰及調(diào)頻廠 現(xiàn)地控制單元不能滿足機(jī)組快速開停機(jī)并同及負(fù)荷調(diào)節(jié) 精度的要求 也不能滿足水電廠自動(dòng)發(fā)電控制 a g c 的要求 隨著 廠同分開 竟價(jià)上網(wǎng) 的電力體制改革 對(duì)青銅峽水電廠進(jìn)行計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)更新改造已是 勢(shì)在必行 本文通過分析國(guó)內(nèi)外水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的模式 現(xiàn)地控制單元以及通信 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 給出了青銅峽水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)控制模式 結(jié)構(gòu)配置 電廠級(jí) 采用l o o m b p s 快遺以太阿 現(xiàn)地控制單元級(jí)采用專為自動(dòng)控制系統(tǒng)分敲i l o 設(shè)備設(shè) 計(jì)的p r o f i b u s d p 現(xiàn)場(chǎng)總線 并針對(duì)l c u 在監(jiān)控系統(tǒng)中構(gòu)重要作用 對(duì)l c u 開停機(jī)流 程匿及人機(jī)界面進(jìn)行了設(shè)計(jì) 這套監(jiān)控系統(tǒng)己成功應(yīng)用于青鋼峽水電廠9 機(jī)組 應(yīng)用效果良好 系統(tǒng)在軟硬件配置及功能上均達(dá)到了4 無人值班 少人值守 要 求 為青銅峽水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的全面實(shí)施其定了良好基礎(chǔ)和成功的經(jīng)驗(yàn) 具有十分廣泛的應(yīng)用前景 關(guān)鍵詞 青銅蛺水電站 計(jì)算機(jī)監(jiān)控 設(shè)計(jì)與開發(fā) l c u p r o f i b u s d p d e s i g n d e v e l o p m e n to f q i n g t o n g ah y d r o p o w e r p i a n tc o m p u t e rs u p e r v i s i o n s y s t e m s u b j e c t w a t e rc o n s e r v a n c ye n g i n e e r i n g s p e c i a l i t y a u t o m a t i o no fh y d r o p o w e r s y s t e m a u t h o r 似c 鼢 a b s t r a o t t h eh y d r o u n i t si nq i n g t o n g x i ah y d r o p o w e rp l a n to fn i n g x i aa r es t i l l i ns e r v i c ee v e n3 0y e a r sa f t e rc o m m i s s i o n i n g t h ea u x i l i a r i e sa r eo l da n d a l w a y sd a m a g ef a u l t sb yf a i l u r eo fi n s u l a t i o n i nr a c e f l ty e a r s e q u i p m e n t s a r er e f o r m e di nq i n g t o n g x i ah y d r o p o w e r p l a n t b u tt h ec o m p u t e rs y s t e m i s n tu s e dt om o n i t o rt h ew h o l ep l a n t b e c a u s eq i n g t o n g x i ah y d r o p l a n tc a n b eu s e dt og e n e r a t ep e a kp o w e ra n da d j u s tf r e q u e n c yp o w e r t h el o c a lc o n t r o l u n i t sc a n n o tb es h u td o no rr e s t a r t e da ts h o r ti n t e r v a l s t h e ya l s ol a c k t h eo p e r a t i o n a lf l e x i b i l i t yt oa d j u s tl o a d s o t h e ya r eu n s a t i s f i e dt h e d e m a n do fa u t o m a t i cg e n e r a t i o nc o n t r o l a g c w i t ht h ed e v e l o p m e n t o f h y d r o p l a n ta n dn e t w o r k a n dp r i c ec o m p e t i t i o ni ne l e c t r i cm a r k e t i no r d e r t om a t c ht h ee l e c t r i cp o w e rs y s t e mr e f o r m q i n g t o n g x i ah y d r o p o w e rp l a n t r e q u i r e sc o m p u t e rm o n i t o t i n gs y s t e m t h i sp a p e ra n a l y s e st h ed e v e l o p m e n to ft h es t r u c t u r em o d eo fc o m p u t e r m o n i t o r i n gs y s t e m t h el o c a lc o n t r o lu n i t l c u a sw e l la sc o m m u n i c a t i o n s y s t e m d e m o n s t r a t e st h ec o m p u t e rm o n i t a r i n gs y s t e ma n dc o n f i g u r a t i o no f 西安理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 q i n g t o n g x i ah y d r o p o w e rp l a n t p l a n tn e t w o r ka d o p t sr a p i de t h e r n e tw i t ht h e s p e e do f1 0 0 m b p s l c uu s e sp r o f i b u s d pf i e l db u sn e t w o r kw h i c hs p e c i a l i z e d i na u t o m a t i cc o n t r o ls y s t e md i s p e r s i o ni oe q u i p m e n td e s i g n a i m e da tt h e i m p o r t a n tf u n c t i o no fl c ui nm o n i t o r i n gs y s t e m t h ef l o wc h a r ta n dm a n m a c h i n ei n t e r f a c eb ed e s i g n e d t h em o n i t o r i n gs y s t e mh a sb e e na p p l i e di n 9 h y d r o u n i to fq i n g t o n g x i ah y d r o p o w e rp l a n t a ne x c e l l e n t r e s u l ti s o b t a i n e d w h i c hh a sa c h i e v e dt h eu n m a n n e do rf e wm a n n e dr e q u i r e m e n ti ns o f t a n dh a r d w a r ec o n f i g u r a t i o na n df u n c t i o n s oa l s oe s t a b l i s h e st h eg o o d f o u n d a t i o na n ds u c c e s s f u le x p e r i e n c ef o r t h eo v e r a l li m p l e m e n to f q i n g t e n g x i ah y d r op o w e rp l a n t k e yw o r d s q i n g t o n g x i ah y d r o p o w c rp l a n t c o m p u t e rm o n i t o r i n g d e s i g na n dd e v e l o p m e n t l c u p r o f i b u s d p 獨(dú)創(chuàng)性申明 y 8 4 3 4 2 2 秉承祖國(guó)優(yōu)良道德傳統(tǒng)和學(xué)校的嚴(yán)謹(jǐn)學(xué)風(fēng)鄭重申明 本人所呈交的學(xué) 位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果 盡我所知 除特別加以標(biāo)注和致謝的地方外 論文中不包含其他人的研究成果 與我 一同工作的同志對(duì)本文所論述的工作的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確 的說明并已致謝 本論文及相關(guān)資料若有不實(shí)之處 由本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任 論文作者簽名 墨土塑挈蜱3 月t 目 保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)申明 本人完全了解西安理工大學(xué)有關(guān)保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的規(guī)定 即 研究生在 校攻讀學(xué)位期間所取得的所有研究成果的知識(shí)產(chǎn)權(quán)屬西安理工大學(xué)所有 本人保證 發(fā)表或使用與本論文相關(guān)的成果時(shí)署名單位仍然為西安理工大 學(xué) 無論何時(shí)何地 未經(jīng)學(xué)校許可 決不轉(zhuǎn)移或擴(kuò)散與之相關(guān)的任何技術(shù) 或成果 學(xué)校有權(quán)保留本人所提交論文的原件或復(fù)印件 允許論文被查閱 或借閱 學(xué)校可以公布本論文的全部或部分內(nèi)容 可以采用影印 縮印或 其他手段復(fù)制傈存本論文 加密學(xué)位論文解密之前后 以上申明同樣適用 論文作者簽名 壟 出導(dǎo)師簽名 童猙i 5 o 型f 年 月喀日 第一章概述 i i i i 一i 1 概述 1 1 水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)概述 隨著微型計(jì)算機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展 計(jì)算機(jī)技術(shù)已滲透到各個(gè)應(yīng) 用領(lǐng)域 在水電廠自然也不例外 自8 0 年代起 特別是進(jìn)入9 0 年代后 國(guó)內(nèi)外在水電站自動(dòng)控制上普遍采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù) 或利用計(jì)算機(jī)控 制系統(tǒng)與電站常規(guī)控制系統(tǒng)相結(jié)合對(duì)水電站設(shè)備進(jìn)行控制 或利用計(jì)算 機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)直接對(duì)水電站設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控 水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 是 指整個(gè)水電站設(shè)備的控制 測(cè)量 監(jiān)視和保護(hù)均由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來完成 它代替了常規(guī)控制設(shè)備 監(jiān)視測(cè)量表計(jì) 完成機(jī)組的開停機(jī)控制 斷路 器等開關(guān)設(shè)備的控制 完成電廠的優(yōu)化運(yùn)行 自動(dòng)發(fā)電控制a g c 自動(dòng) 電壓控制a v c 電站機(jī)組 變壓器 線路等各種運(yùn)行設(shè)備參數(shù)的在線監(jiān)視 越限參數(shù)報(bào)警 記錄 歷史參數(shù)查詢 事故追憶 報(bào)表打印 完成監(jiān)控 系統(tǒng)設(shè)備的自檢 是實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)電廠所有設(shè)備進(jìn)行控制 測(cè)量 監(jiān)視和 保護(hù)的自動(dòng)控制系統(tǒng) 其功能可用圖卜1 來表示 人工控制硪蛤定目標(biāo)幢 田i 一1水電廠計(jì)篁機(jī)監(jiān)控墓統(tǒng)方艋圈 水電廠的中控室負(fù)責(zé)管理和控制整個(gè)電廠的正常運(yùn)行 為了保證運(yùn) 行可靠性和經(jīng)濟(jì)性 必須收集全廠各設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行資料t 以便及時(shí)作 出響應(yīng) 譬如說 實(shí)時(shí)采集發(fā)電機(jī)組和全廠公用設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài) 運(yùn)行 西安理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 參數(shù) 對(duì)電廠各控制點(diǎn)和監(jiān)視點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)安全監(jiān)測(cè) 越限報(bào)警 實(shí)現(xiàn)廠 內(nèi)自動(dòng)發(fā)電控制和自動(dòng)電壓調(diào)整等 而計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)正是基于以上理 念 充分利用成熟的計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 通訊技術(shù) 可編程控制器 p l c 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將各臺(tái)機(jī)組現(xiàn)地控制單元 l c u 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器 調(diào)速器等連接 起來 集中監(jiān)控水電廠各臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行 以實(shí)現(xiàn)整個(gè)電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 因此 水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的性能大大優(yōu)于常規(guī)的自動(dòng)控制系 統(tǒng) 所以又被稱為水電廠計(jì)算機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng) 既適用于新建電廠使 用 也適用于老電廠對(duì)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造 1 1 1 水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展概況n 我國(guó)電力部門的科技人員從七十年代開始對(duì)計(jì)算機(jī)在水電廠的應(yīng) 用進(jìn)行了不懈的探索 1 9 7 9 年3 月水電部在古田水電廠召開了全國(guó)水電 廠自動(dòng)化經(jīng)驗(yàn)交流會(huì) 會(huì)上指定了 六五 期間水電廠自動(dòng)化采用計(jì)算 機(jī)的發(fā)展規(guī)劃 安排了不同類型水電廠的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)試點(diǎn)項(xiàng)目 如 富春江水電廠多微機(jī)分布式控制系統(tǒng) 一期工程 葛洲壩二江電廠綜 合自動(dòng)化系統(tǒng)等 通過以上試點(diǎn)工程項(xiàng)目取得的應(yīng)用成果 充分體現(xiàn)了 計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于水電廠自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中的優(yōu)越性和可用性 在試點(diǎn) 工程中初步形成使用推廣模式 使科研試點(diǎn)迅速走上實(shí)用推廣階段 1 9 8 5 年l o 月水電部科技司 生產(chǎn)司 水電規(guī)劃總院在南京舉行 全國(guó) 水電廠自動(dòng)化技術(shù)總結(jié)和規(guī)劃落實(shí) 工作會(huì)議 又規(guī)劃了2 6 3 3 個(gè)水電 廠實(shí)現(xiàn)無人 或少人 值班試點(diǎn) 1 9 9 3 年5 月電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)在成都召 開的全國(guó)水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控工作會(huì)議總結(jié)了前1 0 年計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在 水電廠的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn) 并指定 八五 及2 0 0 0 年水電廠監(jiān)控系統(tǒng)推廣應(yīng) 用規(guī)劃 成都會(huì)議后 又有一批大 中型電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)全部或部 分投入運(yùn)行使用 既有老廠改造 也有隨新廠基建同步投入的項(xiàng)目 如 太平灣一長(zhǎng)甸 葛洲壩二江二期 李家峽 寶珠寺 大峽 隔河巖等十 余個(gè)水電廠 第一章概述 i i 目i i l 改革開放以來 一些水電廠從國(guó)外引進(jìn)了一批監(jiān)控系統(tǒng) 如魯布革 葛洲壩大江 潘家口 廣蓄一期 天生橋二級(jí)等 通過引進(jìn) 消化 吸 收 使我們對(duì)國(guó)際水平 世界潮流 國(guó)內(nèi)的優(yōu)勢(shì)及差距都有了更清楚的 了解 經(jīng)過多年孜孜不倦的努力 我國(guó)水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)有了很 大的發(fā)展 從開始的摸索到初步形成工業(yè)化生產(chǎn) 達(dá)到實(shí)用水平 并形 成幾種成熟的模式 在技術(shù)水平 實(shí)用程度上已達(dá)到國(guó)外目前水平 有 的方面甚至已趕上了國(guó)際先進(jìn)水平 i i 2 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 1 a 面向?qū)ο蠹夹g(shù) 面向?qū)ο蠹夹g(shù)的基本概念是將客觀事物即對(duì)象 根據(jù)其共性進(jìn)行抽 象 采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)時(shí)只關(guān)注其本質(zhì)的特征 操作人員面對(duì)的是他們 熟悉的設(shè)備對(duì)象 發(fā)電機(jī) 變壓器 開關(guān) 刀閘等符號(hào) 打開這些對(duì) 象可以看到有關(guān)的參數(shù) 如與發(fā)電機(jī)有關(guān)的參數(shù)有機(jī)組轉(zhuǎn)速 機(jī)端電壓 有功功率 無功功率等 b w e b j a v a 等新技術(shù)的應(yīng)用 w e b 以及面向?qū)ο蟮膉 a v a 等新技術(shù)將越來越多地引入計(jì)算機(jī)監(jiān)控 系統(tǒng) 全面采用面向?qū)ο蟮拈_發(fā)技術(shù) 人機(jī)界面采用跨平臺(tái)的j a v a 實(shí)現(xiàn) 它不僅給用戶提供了更方便地進(jìn)行二次開發(fā)的豐富多彩功能及生動(dòng)的界 面 而且由于w e b j a v a 等技術(shù)的采用 前臺(tái)操作員站的應(yīng)用支撐軟件大 大減少 可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的 瘦客戶機(jī) c 功能強(qiáng)大的組態(tài)工具 用戶無需對(duì)操作系統(tǒng)命令深人了解 也不需要復(fù)雜的編程技巧 不論 是在u n i x 系統(tǒng)上還是在w i n d o w s 系統(tǒng)上 都可通過組態(tài)界面十分方便地 完成諸如數(shù)據(jù)庫(kù)測(cè)點(diǎn) 對(duì)象 l c u 的各種模件 處理算法 通信端口和通 信協(xié)義的定義 以及順序控制流程生成 檢測(cè) 加載等各種功能的應(yīng)用 3 西安理i 大學(xué)i 程碩士學(xué)位論支 定義以及維護(hù) 很多功能只需點(diǎn)擊鼠標(biāo)進(jìn)行選擇 既快捷方便 又避免 了使用編輯程序難免產(chǎn)生的輸人錯(cuò)誤 真正體現(xiàn)主系統(tǒng)服務(wù)的面向?qū)ο?可靠 開放 友好 可擴(kuò)展和透明化 1 2 水電廠自動(dòng)發(fā)電控制a g o 1 2 1 水電站在電力系統(tǒng)中的作用 1 a 擔(dān)任系統(tǒng)的調(diào)頻 調(diào)峰任務(wù) 電力系統(tǒng)的負(fù)荷是經(jīng)常變化的 負(fù)荷的變化會(huì)帶來頻率的變化 為 了保持系統(tǒng)的頻率在規(guī)定的范圍內(nèi) 系統(tǒng)中就必須由一部分發(fā)電站或發(fā) 電機(jī)組隨著負(fù)荷的變化而改變出力 以維持系統(tǒng)內(nèi)發(fā)出的有功功率與所 需負(fù)荷功率相平衡 由于水輪發(fā)電機(jī)組的控制調(diào)節(jié)靈活 與火電廠相比 機(jī)組的啟動(dòng)和停止非常迅速 頻繁增加和減少水電廠的出力是很容易實(shí) 現(xiàn)的 一般火電廠 特別是其有高溫高壓鍋爐的大容量汽輪機(jī)組 為使 其保持良好的工況和高效率不宜于頻繁進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié) 由于上述原因 水電廠 特別是具有較大調(diào)節(jié)水庫(kù)的水電廠在電力系統(tǒng)中常擔(dān)任尖峰負(fù) 荷或腰荷 并且是執(zhí)行電力系統(tǒng)頻率控制任務(wù)的主要電廠 b 擔(dān)任系統(tǒng)的事故備用容量 水輪發(fā)電機(jī)組通常一 二分鐘即可完成啟動(dòng)帶負(fù)荷操作 因而水電 廠又是電力系統(tǒng)故障時(shí)的重要后備電源 1 2 2 水輪發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 a 水輪發(fā)電機(jī)組的高效率區(qū)控制 根據(jù)水輪機(jī)運(yùn)行綜合特性曲線 水輪機(jī)組在不同的水頭下運(yùn)行具有 不同的效率 可在8 6 9 0 之間變化 在同一水頭下 不同的導(dǎo)葉開 度也具有不同的效率 即使是同類型同容量的機(jī)組 由于制造工藝上的 差異和運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)短的不同 它們的效率也不是完全相同的 而效率上 差異和運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)短的不同 它們的效率也不是完全相同的 而效率上 4 第一辛概述 的很小差異 則可能引起經(jīng)濟(jì)效益的很大差別 例如 一臺(tái)1 0 0 m w 的機(jī)組 效率提高1 按年運(yùn)行3 0 0 0 h 計(jì)算 每年就可多發(fā)3 0 0 萬k w h 電 因此要 實(shí)現(xiàn)水電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 就要使水輪發(fā)電機(jī)組經(jīng)常運(yùn)行在最佳工況下 即 高效率區(qū) b 水輪發(fā)電機(jī)組的耗水量特性 1 根據(jù)水輪發(fā)電機(jī)組的水耗量特性 機(jī)組的出力增大 其消耗的水量 也增大 如圖l 一2 所示 圈l 一2 機(jī)姐水韓量特性曲線 田1 3 機(jī)蛆韓量徽增奉曲蛾 圖l 一2 中 縱座標(biāo)為單位時(shí)間內(nèi)消耗的水量以一 s 橫座標(biāo)則為 機(jī)組輸出的有功功率p m w 機(jī)組耗量微增率可看作特性曲線上任意點(diǎn) 切線的斜率 其物理意義為機(jī)組單位時(shí)間耗水量的增量與輸出有功的增 量之比值即入 a w a p 即通常所說的水耗量微增率 各點(diǎn)的切線斜率 是 個(gè)遞增的曲線 如圖i 一3 因此 對(duì)于多機(jī)組的電站而言 還要根據(jù) 系統(tǒng)分配給電站的負(fù)荷和電站的具體條件 選擇最佳的運(yùn)行機(jī)組數(shù) 以 便用較少的水生產(chǎn)較多的電能 上述經(jīng)濟(jì)分配負(fù)荷一般指在已運(yùn)行機(jī)組間進(jìn)行負(fù)荷的重新分配 這 不一定是最佳的運(yùn)行工況 也許多開機(jī)組或少開機(jī)組才是最經(jīng)濟(jì)的 為 了達(dá)到真正的最佳運(yùn)行工況 實(shí)際進(jìn)行負(fù)荷分配時(shí)必須考慮機(jī)組的最佳 運(yùn)行組合 機(jī)組的出力限制 最小出力尸 最大出力p 機(jī)組運(yùn) 行對(duì)的振動(dòng)區(qū) 氣蝕區(qū)以及設(shè)備定期切換等約束條件 因此合理地進(jìn)行 調(diào)度 以保持高水頭運(yùn)行 并合理選擇開機(jī)臺(tái)數(shù) 使機(jī)組在高效率區(qū)運(yùn) 行 可獲得很好的經(jīng)濟(jì)效益 西安理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 1 2 3 自動(dòng)發(fā)電控制 a g c 的原理 水電廠自動(dòng)發(fā)電控制 a u t o m a t i cg e n e r a t i o nc o n t r o l 簡(jiǎn)稱 a g c 是水電廠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要內(nèi)容 水電廠a g c 的主要任務(wù)是按照預(yù) 定條件和要求 以迅速 經(jīng)濟(jì)的方式自動(dòng)控制水電廠有功功率來滿足系 統(tǒng)的需要 根據(jù)上游來水量或系統(tǒng)的要求 考慮電廠及機(jī)組的運(yùn)行限制 條件 在保證電廠安全運(yùn)行的前提下 以經(jīng)濟(jì)運(yùn)行為原則 確定電廠機(jī) 組的運(yùn)行臺(tái)數(shù) 運(yùn)行機(jī)組的組合和機(jī)組聞的負(fù)荷分配 使機(jī)組運(yùn)行在最 優(yōu)工況下 以最少的耗水發(fā)出最多的電能 為電廠創(chuàng)造出最大的經(jīng)濟(jì)效 益 從一般意義上講 a g c 自動(dòng)發(fā)電控制 的原理是 針對(duì)無調(diào)節(jié) 庫(kù)容的徑流電站 最大限度地利用上游來水量 以不棄水或少棄水為原 則 盡可能地保證電廠在較高水頭下運(yùn)行 力求發(fā)電量最大 對(duì)于有 調(diào)節(jié)庫(kù)容的蓄水電站 在電站負(fù)荷給定之后 要求耗水量最小 自動(dòng)發(fā)電控制 a g c 是一項(xiàng)與電站運(yùn)行實(shí)踐關(guān)系極為密切的高級(jí)應(yīng) 用軟件 對(duì)水電站全面提高自動(dòng)化水平 實(shí)現(xiàn) 無人值班 或少人值守 有著極為現(xiàn)實(shí)的意義 a g c 按照其控制的對(duì)象和范圍分為電力系統(tǒng)a g c 和 電廠a g c 兩級(jí) 兩者自動(dòng)協(xié)調(diào)工作 a 電力系統(tǒng)a g c 1 電力系統(tǒng)a g c 的控制原則 電力系統(tǒng)a g c 程序的控制目標(biāo)是利用a g c 控制軟件對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的用電 負(fù)荷情況 機(jī)組運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)視 然后對(duì)掌握的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析 調(diào)整 全電網(wǎng)發(fā)電出力與全電網(wǎng)負(fù)荷平衡 使電網(wǎng)頻率偏差到零 保持電網(wǎng)頻 率為額定值 并對(duì)電廠的機(jī)組進(jìn)行負(fù)荷分配 產(chǎn)生a g c 指令 通過信息傳 輸通道將此指令傳送到電廠的計(jì)算機(jī)監(jiān)控裝置 通常采用的控制原則是 1 按頻率偏差a f 控制 即根據(jù)實(shí)際電網(wǎng)頻率與給定電網(wǎng)頻率的差值來確定電網(wǎng)內(nèi)機(jī)組是 6 第一章概迷 蕾 鼉毒 高田 圈ii 墨 暑曹 增負(fù)荷還是減負(fù)荷 實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)頻 2 按聯(lián)絡(luò)線功率偏差 p 控制 售電合同電網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線的輸送功率是給定的 如果出現(xiàn)偏差則應(yīng)按 合同要求來調(diào)節(jié)電網(wǎng)內(nèi)所屬機(jī)組或電廠的負(fù)荷 以滿足送電要求 3 綜合考慮上述的a f 和a p 兩偏差進(jìn)行控制 2 電力系統(tǒng)a g c 的調(diào)度方式 電力系統(tǒng)對(duì)水電廠的調(diào)度一般采用如下幾種方式 1 按日負(fù)荷曲線的方式給定 調(diào)度一次性下達(dá)日負(fù)荷曲線 指定各時(shí)段電廠應(yīng)帶負(fù)荷的運(yùn)行方 式 此時(shí)常常是根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷及水電廠來水情況 提前下達(dá)第二天整天 的負(fù)荷曲線 電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在收到日負(fù)荷給定曲線后 于第二天 零時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)換成實(shí)際控制曲線 即當(dāng)日應(yīng)執(zhí)行負(fù)荷曲線 并據(jù)此進(jìn)行控 制 此方式適用于容量不大或不承擔(dān)電網(wǎng)的調(diào)頻調(diào)峰任務(wù)的水電廠 2 調(diào)度通過e m s 直接指令 在電網(wǎng)裝設(shè)有e m s 系統(tǒng)且具備a g c 功能時(shí) 調(diào)度所可以根據(jù)運(yùn)行a g c 計(jì)算的結(jié)果定時(shí)向水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)瞬時(shí)負(fù)荷設(shè)定值命令 后者 即根據(jù)調(diào)度命令及機(jī)組狀態(tài)合理分配 并給定每臺(tái)機(jī)組的瞬時(shí)給定值 使各臺(tái)運(yùn)行機(jī)組跟蹤調(diào)度指令達(dá)到其要求的負(fù)荷值 此種調(diào)節(jié)方式適用 于電網(wǎng)的調(diào)頻和調(diào)峰水電廠 b 水電廠a g c 水電廠a g c 是水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的一項(xiàng)重要內(nèi)容 它全面實(shí)現(xiàn) 了水電廠發(fā)電的自動(dòng)控制 取代了原來曾經(jīng)使用過的有功功率成組控 制 按流量 或水頭 調(diào)節(jié)裝置等設(shè)備 并且在功能和性能上有明顯的提 高 水電廠a g c 能夠在電力系統(tǒng)a g c 給定的方式和參數(shù)下自主運(yùn)行 通 常水電廠a g c 包含的功能有發(fā)電控制的各種決策 主要有最佳機(jī)組組合 機(jī)組負(fù)荷分配 短期經(jīng)濟(jì)調(diào)度以及上級(jí)調(diào)度的負(fù)荷給定方式等 以滿足 全廠有功功率目標(biāo)設(shè)定值的要求 保持系統(tǒng)頻率在繪定的一個(gè)允許范圍 7 西安理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 內(nèi) 并使機(jī)組的有功出力在其運(yùn)行限制以內(nèi) 在完成這些功能時(shí) 避免 由于電力負(fù)荷短時(shí)波動(dòng)而導(dǎo)致機(jī)組的頻繁啟 停 c 電力系統(tǒng)a g o 與水電廠a g c 的數(shù)據(jù)交換 a g c 指令是電網(wǎng)調(diào)度中心的計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的被控機(jī)組的目標(biāo)功率 它 通過信息傳輸通道將此指令傳送到電廠的計(jì)算機(jī)監(jiān)控裝置 當(dāng)電廠計(jì)算 機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)接收到中調(diào)或運(yùn)行人員的負(fù)荷設(shè)定值 或按日負(fù)荷曲線來調(diào) 節(jié)機(jī)組的有功負(fù)荷時(shí) 電廠級(jí)通過a g c 程序檢查是否有必要開機(jī)或停機(jī) 以滿足系統(tǒng)負(fù)荷要 求 并確定啟動(dòng)機(jī)組 的組合 經(jīng)濟(jì)分配各 啟動(dòng)機(jī)組所帶的有 功負(fù)荷 電廠級(jí)將啟 動(dòng)信號(hào)和負(fù)荷值通 過上下位機(jī)的通訊 接口傳送給各機(jī)組 的l c u 當(dāng)機(jī)組l c u 接到電廠級(jí)的負(fù)荷 設(shè)定值后即按此設(shè) 定值要求 增加或減 小該機(jī)組的出力 水 電廠自動(dòng)發(fā)電控制 流程如圖l 一4 所示 i 2 il l 電廣的盎葡分配i 系統(tǒng)調(diào)度級(jí) o 上游水1 苴 1l 11 機(jī)蛆狀態(tài) 下游水1 立 i 自動(dòng)搜電控制r 一 其它i r 程序a o c 臣 機(jī)蠛出力 屯廠控制綴 現(xiàn)地 畦糨7p 開停機(jī)控制5 調(diào)遵器 陌砷 圖l 一4 水電廠自動(dòng)發(fā)電控制流程圖 電廠級(jí)a g c 作為電力系統(tǒng)a g c 的一個(gè)子系統(tǒng) 一方面能滿足電力系 統(tǒng)a g c 提出的實(shí)時(shí)性要求 執(zhí)行有關(guān)的控制命令 另一方面它又為電力 系統(tǒng)控制中心提供各種實(shí)時(shí)信息和反饋信息 以便使下一步的決策更準(zhǔn) 確 更有預(yù)見性 更能滿足整個(gè)系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求 由于水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控裝置安裝a g c 軟件后 可以大大提高頻率的穩(wěn) 第一章概速 定性 實(shí)現(xiàn)無差調(diào)節(jié)的重要作用 因此 國(guó)內(nèi)外很早就重視對(duì)它的研究 目前 在a g c 控制算法中 通常采用的有功率反饋法 動(dòng)態(tài)規(guī)劃法 等微 增率法及遺傳算法等 1 2 4 自動(dòng)發(fā)電控制 a g c 的意義 隨著電網(wǎng)調(diào)度實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)的不斷完善 電力市場(chǎng)的開放及竟價(jià)上 網(wǎng)的實(shí)行 具各自動(dòng)發(fā)電控制 a g c 功能的機(jī)組在電網(wǎng)中的作用越來越 大 自動(dòng)發(fā)電控制技術(shù)已成為現(xiàn)代電網(wǎng)運(yùn)行中不可缺少的手段 它對(duì)于 維持電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都將發(fā)揮重要作用 系 統(tǒng)也需要調(diào)節(jié)容量大 調(diào)節(jié)速率快 調(diào)節(jié)精度高的電廠為系統(tǒng)的穩(wěn)定做 出貢獻(xiàn) 作為電網(wǎng)調(diào)度來說 只要了解電廠機(jī)組的大概運(yùn)行情況 采用 控制全廠出力的方式 將a g c 指令發(fā)送到電廠的監(jiān)控系統(tǒng) 至于每臺(tái)機(jī)組 的負(fù)荷分配由電廠a g c 控制 可根據(jù)機(jī)組設(shè)備條件和經(jīng)濟(jì)性能 運(yùn)用合理 的優(yōu)化策略 分配各機(jī)組的負(fù)荷 同時(shí)將所有機(jī)組的負(fù)荷之和通過信息 傳輸通道送到電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)作為反饋 從而為梯級(jí)電站或全電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn) 行創(chuàng)造條件 1 3 寧夏青銅峽水電廠概述 9 1 寧夏青銅峽水利樞紐于1 9 5 8 年8 月破土興建 次年8 月截流發(fā)揮灌溉 效益 1 9 6 7 年4 月樞紐建成蓄水 同年1 2 月第一臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電 1 9 7 8 年1 2 月八臺(tái)轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機(jī)全部投產(chǎn)發(fā)電 為了充分利用水能資源 1 9 9 3 年與地方政府合資興建容量為3 萬千瓦時(shí)的9 機(jī)組 唐渠水電站 目前青電廠9 臺(tái)機(jī)總裝機(jī)容量為3 0 2 萬千瓦 除8 機(jī)為蘇制2 萬千瓦機(jī) 組 9 機(jī)為3 萬千瓦機(jī)組 其它七臺(tái)3 6 萬千瓦機(jī)組均為哈爾濱電機(jī)廠制 造 青銅峽水電站系河床閘墩式低水頭電站 大壩總長(zhǎng)為6 8 7 3 米 壩高 4 2 7 米 壩寬為4 6 7 米 水庫(kù)在正常水位l t 5 6 米時(shí) 相應(yīng)的設(shè)計(jì)庫(kù)容為 9 西安理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 6 0 6 億立方米 相應(yīng)的水庫(kù)面積為11 3 平方公里 相應(yīng)的水庫(kù)長(zhǎng)為4 4 7 5 公里 是寧夏境內(nèi)難一的一座以灌溉 發(fā)電為主 兼預(yù)防 防凌等多 種效益的綜合性水利樞紐工程 1 3 1 寧夏青銅峽水電廠現(xiàn)狀 寧夏青銅峽水電廠 以下簡(jiǎn)稱青電廠 機(jī)組投運(yùn)較早 電站按常規(guī)設(shè) 計(jì) 部分設(shè)備仍采用繼電器常規(guī)控制 運(yùn)行時(shí)間已久 設(shè)備陳舊且老化 嚴(yán)重 并且有的設(shè)備存在重大隱患 沒有或缺少在線檢測(cè)元件 故障事 故率逐年升高 給機(jī)組的安全生產(chǎn)帶來巨大威脅 檢修的維護(hù)量和運(yùn)行 的操作量極其繁重而復(fù)雜 針對(duì)青電廠現(xiàn)狀 近年來也對(duì)部分設(shè)備進(jìn)行 了技術(shù)改造 如4 醚機(jī)微機(jī)監(jiān)控 保護(hù) 勵(lì)磁 調(diào)速裝置微機(jī)化等項(xiàng) 目 大大提高了設(shè)備自動(dòng)化及安全運(yùn)行水平 但目前仍存在以下幾方面 的問題 a 現(xiàn)有計(jì)算機(jī)監(jiān)控存在的問題 1 機(jī)組l c u 微機(jī)監(jiān)控裝置 我廠9 機(jī)采用南瑞公司生產(chǎn)的s j 一4 0 0 微機(jī)監(jiān)控裝置 4 6 機(jī)采 用s j 一5 0 0 微機(jī)監(jiān)控裝置 s j 一5 0 0 監(jiān)控裝置受當(dāng)時(shí)技術(shù)條件的限制 結(jié) 構(gòu)為p l c 加工控機(jī)模式 由于多加了工控機(jī)這一中間環(huán)節(jié) 導(dǎo)致整個(gè)l c u 的通信速度及可靠性降低 不能滿足機(jī)組在任何時(shí)候要迅速 準(zhǔn)確地完 成開停機(jī)并網(wǎng)操作的要求 s j 4 0 0 監(jiān)控裝置的主機(jī)板目前廠家已停產(chǎn) 設(shè)備得不到后續(xù)技術(shù)保障 9 機(jī)監(jiān)控裝置于2 0 0 1 年由于主機(jī)板損壞而 被迫停運(yùn) 對(duì)其進(jìn)行計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的改造已是追在眉睫 2 廠級(jí)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 近年來 青電廠雖然也對(duì)一些設(shè)備進(jìn)行了技術(shù)改造 但技改均以局 部的獨(dú)立單元的控制設(shè)備微機(jī)化配置實(shí)施 未形成廠級(jí)的監(jiān)控系統(tǒng) 限 制了機(jī)組運(yùn)行信息綜合分析管理 集中監(jiān)視控制以及廠級(jí)管理功能的實(shí) 現(xiàn) 不利于運(yùn)行人員操作和事赦處理 更不利于維護(hù)人員對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的 1 0 第一章概述 維護(hù) 對(duì)整個(gè)電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成很大的影響 b 廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行存在的問題 由于青電廠擔(dān)任寧夏電網(wǎng)的調(diào)峰及調(diào)頻廠 1 9 9 6 年 寧夏電網(wǎng)調(diào)度 自動(dòng)化二期系統(tǒng)引進(jìn)加拿大c a e 電子有限公司的能量管理 f m s 系統(tǒng) 作為其高層應(yīng)用的自動(dòng)發(fā)電控制 a g c 要求對(duì)青電廠機(jī)組進(jìn)行遠(yuǎn)方遙 調(diào) 當(dāng) 個(gè)電廠全部或幾臺(tái)機(jī)組被指定為一個(gè)電源時(shí) 系統(tǒng)a g c 在進(jìn)行發(fā) 電分配時(shí)只給該電源發(fā)一個(gè)總的調(diào)節(jié)指令 該指令通過當(dāng)?shù)氐腶 g c 子系統(tǒng) 按經(jīng)濟(jì)分配的原則分配給該電源所屬的各臺(tái)機(jī)組l 3 1j 當(dāng)時(shí)青電廠尚未建 立計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 因此青電廠的每臺(tái)河床式機(jī)組均為 個(gè)電源點(diǎn) 寧 夏電網(wǎng)根據(jù)a g c 軟件計(jì)算出某臺(tái)機(jī)組的最優(yōu)負(fù)荷分配值 通過遠(yuǎn)動(dòng)通道發(fā) 送4 2 0 m a 的電流信號(hào) 在青電廠經(jīng)過一套 發(fā)電機(jī)負(fù)荷遙調(diào)接口裝置 將此電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)組調(diào)速器可以接受的脈沖信號(hào) 直接向調(diào)速器發(fā) 送 增 減 負(fù)荷脈沖信號(hào) 調(diào)速器根據(jù)脈沖寬度和脈沖個(gè)數(shù)來 調(diào)整機(jī)組出力的設(shè)定值 從而進(jìn)行機(jī)組有功功率的調(diào)整 實(shí)現(xiàn)a g c 的目的 這種控制方式存在以下兩個(gè)問題 1 電網(wǎng)a g c 主要是通過網(wǎng)調(diào)的自動(dòng)化系統(tǒng)直接控制廠內(nèi)各臺(tái)機(jī)組運(yùn) 行 一旦當(dāng)電廠的一些實(shí)際工況發(fā)生變化 而向調(diào)度中心傳送的信息有 限 網(wǎng)調(diào)不能及時(shí)調(diào)整電廠負(fù)荷或電網(wǎng)系統(tǒng)a g c 異常 電站與網(wǎng)調(diào)通訊中 斷等情況下 將不利于電廠實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 另外 假設(shè)沒有發(fā)生上述可 能性 參加調(diào)頻的機(jī)組在系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度下可以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 而對(duì)于 沒有參加調(diào)頻的機(jī)組 機(jī)組問的負(fù)荷分配是粗放型的 有很大的隨機(jī)性 很難根據(jù)節(jié)水 多發(fā)電的目標(biāo) 按經(jīng)濟(jì)合理的原則在機(jī)組間進(jìn)行最優(yōu)負(fù)荷 分配 隨著電力體制的改革 在廠內(nèi)實(shí)現(xiàn)a g c 控制已是發(fā)展趨勢(shì) 2 當(dāng)系統(tǒng)對(duì)調(diào)速器的控制處于 脈沖 方式時(shí) a g c 計(jì)算出某臺(tái) 機(jī)組的最優(yōu)負(fù)荷分配值 通過 發(fā)電機(jī)負(fù)荷遙調(diào)接口裝置 將4 2 0 m a 的電流信號(hào) 轉(zhuǎn)換為脈沖信號(hào)后 向調(diào)速器發(fā)出一持續(xù)開關(guān)導(dǎo)葉的脈沖 直到機(jī)組出力達(dá)到設(shè)定值 在這種方式下 由于脈沖的寬度和連續(xù)發(fā)送 西安理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 脈沖的時(shí)間間隔是固定不變的 必須通過改變程序里的設(shè)定才能改變其 寬度和時(shí)間間隔1 而不能根據(jù)機(jī)組有功調(diào)節(jié)速度的變化而改變脈沖的寬 度和時(shí)間間隔 因此 如果設(shè)定的脈沖較寬或時(shí)間間隔較短 則調(diào)速器 在調(diào)節(jié)機(jī)組的出力時(shí)往往易造成超調(diào) 當(dāng)設(shè)定的脈沖較短或脈沖間隔較 長(zhǎng)時(shí) 則使機(jī)組調(diào)節(jié)負(fù)荷緩慢或造成調(diào)節(jié)不足 即調(diào)節(jié)精度難以保證 而不能使水輪發(fā)電機(jī)組充分發(fā)揮其快速啟動(dòng)和迅速帶滿負(fù)荷的優(yōu)點(diǎn) 因 此脈沖調(diào)節(jié)方式難以同時(shí)滿足負(fù)荷調(diào)節(jié)精度和響應(yīng)速度的要求 1 3 2 實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控的意義 隨著時(shí)代的發(fā)展 計(jì)算機(jī) 網(wǎng)絡(luò)通信 工業(yè)控制 多媒體 電力電 子等技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步 以 廠網(wǎng)分開 競(jìng)價(jià)上網(wǎng) 為基礎(chǔ)的電力體 制改革也在緊鑼密鼓地進(jìn)行之中 無人值班 狀態(tài)檢修 電力的市場(chǎng)化 運(yùn)營(yíng)將成為發(fā)展趨勢(shì) 這些都對(duì) 水電廠自動(dòng)化 提出了越來越高的要 求 水電廠的值班方式必將逐步從多人值班向少人 無人值班方式過渡 在這種形勢(shì)下 必須加快水電廠的技術(shù)改造 采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)以閉 環(huán)控制方式對(duì)電廠設(shè)備進(jìn)行控制 監(jiān)測(cè) 事故處理及數(shù)據(jù)處理 從而減 輕運(yùn)行人員及檢修人員操作和監(jiān)視的工作量 整體性地提高全廠的綜合 自動(dòng)化水平 在青電廠實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控的意義在于 a 提離電廠安全運(yùn)行的可靠性 在硬件方面 由于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)集成度的提高 可以大大減少控 制系統(tǒng)的元件數(shù)量 使得水電站機(jī)組等各種設(shè)備的控制柜的數(shù)量減少 從而減少了控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障的機(jī)會(huì) 使得系統(tǒng)的可利用率大大增加 提高控制系統(tǒng)工作的可靠性 在軟件方面 由于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具有完善的閉鎖 靈活方便的智 能控制 嚴(yán)格的邏輯操作順序 從而保證了監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)電廠進(jìn)行有 效的控制和調(diào)節(jié) 避免了人為的誤操作和誤判斷 另外還可以對(duì)設(shè)備運(yùn) 行狀態(tài)進(jìn)行周密監(jiān)視 及時(shí)發(fā)現(xiàn)異?；螂[患 當(dāng)設(shè)備發(fā)生事故時(shí) 把事 1 2 第一章概迷 i i i i i 一i ii i 故限制在最小范圍內(nèi) 使電廠運(yùn)行的安全可靠性大大提高 b 提高電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 青電廠在計(jì)算機(jī)監(jiān)控的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)廠內(nèi)自動(dòng)發(fā)電控制 電網(wǎng)根據(jù)頻 率的要求計(jì)算出青電廠實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)負(fù)荷或日負(fù)荷曲線 將此信息傳送到青 電廠的計(jì)算機(jī)監(jiān)控裝置 由電廠的a g c 程序控制整個(gè)電廠的有功功率來滿 足系統(tǒng)的需要 從而實(shí)現(xiàn)了在電站負(fù)荷給定之后 所需的耗水量最小 或以最少的耗水發(fā)出最多的電能 為青電廠創(chuàng)造出最大的經(jīng)濟(jì)效益 c 提高供電質(zhì)量 青電廠在進(jìn)彳子監(jiān)控系統(tǒng)改造后 根據(jù)系統(tǒng)分配給的總負(fù)荷 由廠內(nèi) a g c 經(jīng)過經(jīng)濟(jì)運(yùn)算后 將計(jì)算所得的單臺(tái)機(jī)組的負(fù)荷分配值通過串行通信 1 3 直接下達(dá)給調(diào)速器的控制裝置 將機(jī)組出力調(diào)整至目標(biāo)值 從而使機(jī) 組即快又穩(wěn)地滿足a g c 的負(fù)荷分配要求和調(diào)節(jié)精度 這種以數(shù)字量的形式 傳送控制信號(hào) 不但取消了 發(fā)電機(jī)負(fù)荷遙調(diào)接t 2 1 裝置 而且從根本 上避免脈沖調(diào)節(jié)方式存在的缺點(diǎn) 提高機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)品質(zhì)和供電質(zhì)量a d 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 由于計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控水電站設(shè)備運(yùn)行情況 把運(yùn)行人 員從日常操作 監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行等繁雜重復(fù)的工作中解放出來 逐漸轉(zhuǎn)變 為運(yùn)行管理人員 進(jìn)一步提高了電廠的運(yùn)行和科學(xué)管理水平 從而減少 了運(yùn)行費(fèi)用 改善工作條件 使勞動(dòng)生產(chǎn)率得以提高 1 4 本文的主要工作 綜上所述 在青電廠實(shí)施計(jì)算機(jī)監(jiān)控是保證設(shè)備安全 可靠 經(jīng)濟(jì) 運(yùn)行的重要條件 也為將來實(shí)現(xiàn) 無人值班 少人值守 打下良好的基 礎(chǔ) 因此 研究和開發(fā)一套技術(shù)先進(jìn) 功能完善 工作可靠 開放性 好的新型計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 整體性地提高全廠綜合自動(dòng)化水平 以實(shí)現(xiàn) 全廠設(shè)備的集中運(yùn)行監(jiān)控 使機(jī)組運(yùn)行在最優(yōu)工況區(qū) 提高機(jī)組運(yùn)行小 時(shí)數(shù)和提高水能利用率 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 減輕運(yùn)行人員操作和監(jiān)視工 西安理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 作量 提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益 盡快實(shí)現(xiàn)無人值班或少人值守 是擺在我 廠工程技術(shù)人員面前的一項(xiàng)迫切任務(wù) 它對(duì)實(shí)現(xiàn)調(diào)度的遠(yuǎn)方集中控制 也具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義 本論文在考察 分析了國(guó)內(nèi)外水電廠典型計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用經(jīng) 驗(yàn)的基礎(chǔ)上 吸取他們先進(jìn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想 針對(duì)青電廠運(yùn)行監(jiān)控的技 術(shù)特點(diǎn)和在寧夏電網(wǎng)中的作用 立足子工程實(shí)際 主要完成如下幾方面 工作 1 通過分析目前水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式以及通信系統(tǒng) 的發(fā)展情況 對(duì)青電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的控制模式及結(jié)構(gòu)配置進(jìn)行設(shè)計(jì) 并分析了該系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的功能 2 針對(duì)l c u 在監(jiān)控系統(tǒng)中的重要性 對(duì)l c u 的硬件進(jìn)行了配置 3 針對(duì)青電廠實(shí)際情況 從工程實(shí)際應(yīng)用出發(fā) 編制機(jī)組順控流 程軟件 實(shí)現(xiàn)機(jī)組的控制調(diào)節(jié)功能 4 從使用者的角度出發(fā) 對(duì)l c u 的人機(jī)界面進(jìn)行了設(shè)計(jì)和開發(fā) 實(shí) 現(xiàn)了現(xiàn)地單元的監(jiān)視和控制功能 1 4 第二章計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 2 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 2 1 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式 2 1 1 計(jì)算機(jī)監(jiān)控模式 1 隨著計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在水電站的推廣應(yīng)用 計(jì)算機(jī)在水電站監(jiān)控系 統(tǒng)中的作用也發(fā)生了變化 其監(jiān)控方式有如下四種 i 以常規(guī)控制裝置為主 計(jì)算機(jī)為輔的監(jiān)控方式 c o m p u t e r a i d e d s u p e r v i s o r yc o n t r 0 1 簡(jiǎn)稱c a s c 早期水電站的直接控制功能由常規(guī)控制裝置來完成 計(jì)算機(jī)只起監(jiān) 視 記錄打印 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行計(jì)算 運(yùn)行指導(dǎo)等作用 采用這種方式時(shí) 即 使計(jì)算機(jī)發(fā)生故障 水電站的正常運(yùn)行仍能維持 只是性能方面有所降 低 但是這種方式對(duì)整個(gè)水電廠自動(dòng)化水平的提高有一定的限制 新建 水電廠目前已很少采用 2 計(jì)算機(jī)與常規(guī)控制裝置雙重監(jiān)控方式 c o m p u t e r c o n v e n t i o n a l s u p e r v i s o r yc o n t r 0 1 簡(jiǎn)稱c c s c 在水電廠設(shè)置兩套完整的控制系統(tǒng) 一套是以常現(xiàn)控制裝置構(gòu)成的 系統(tǒng) 一套是以計(jì)算機(jī)構(gòu)成的系統(tǒng) 相互之間基本上是獨(dú)立的 但設(shè)暨 兩套完整的控制系統(tǒng)投資比較大 兩套系統(tǒng)相互之間要切換二次接線復(fù) 雜 可靠性反而有所降低 3 以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的監(jiān)控方式 c o m p u t e r b a s e ds u p e r v i s o r y c o n t r 0 1 簡(jiǎn)稱c b s c 隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)一步提高和價(jià)格的進(jìn)一步下降 出現(xiàn)了 以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的監(jiān)控系統(tǒng) 采用此方式時(shí)常規(guī)控制部分可以大大簡(jiǎn)化 因此對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性要求就比較高 這可以采用冗余技術(shù)來解決 采用此種方式時(shí) 中控室僅設(shè)置計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的值班員控制臺(tái) 模擬 西安理工大學(xué)工程碩士擘位論文 屏已成為輔助監(jiān)控手段可以簡(jiǎn)化甚至取消 4 取消常規(guī)設(shè)備的全計(jì)算機(jī)控制方式 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迸一步發(fā)展和水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的 累積 出現(xiàn)了以計(jì)算機(jī)為唯一監(jiān)控設(shè)備的全計(jì)算機(jī)控制方式 這種控制 方式實(shí)際上是c b s c 方式的延伸 它取消了中控室常規(guī)的集中控制設(shè)備 也取消了自動(dòng)操作盤 不考慮在機(jī)組控制單元發(fā)生故障時(shí)進(jìn)行機(jī)旁的自 動(dòng)操作 此時(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可靠性及冗余度提出更高的要求 2 1 2 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1 自2 0 世紀(jì)7 0 年代水電站采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)以來 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 的發(fā)展過程以及典型的應(yīng)用如表2 1 所示 年代典型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例 7 0 年代集中式監(jiān)控系統(tǒng) 8 0 年代初功能分散式監(jiān)控裝置葛洲壩一期 富春江 8 0 年代末以設(shè)備為單元的分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)丹江口 龍羊峽一期 9 0 年代中基于開放系統(tǒng)的分布式監(jiān)控系統(tǒng)葛洲壩二江 富春江 2 1 世紀(jì)初基于對(duì)象技術(shù)的分布式監(jiān)控系統(tǒng)紅楓梯級(jí) 青溪 表2 一i計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的發(fā)展 1 集中式監(jiān)控系統(tǒng) 早期 計(jì)算機(jī)比較貴 只能設(shè)一臺(tái)計(jì)算機(jī)對(duì)全廠進(jìn)行集中監(jiān)控 只 要計(jì)算機(jī)一出故障 整個(gè)控制系統(tǒng)就癱瘓 只能改為手動(dòng)控制運(yùn)行 性 能大大降低 其次 由于所有信息都要送到這臺(tái)計(jì)算機(jī) 現(xiàn)場(chǎng)需要敷設(shè) 很多電纜 機(jī)組臺(tái)數(shù)越多 電纜也越多 這不但增加了投資 而且降低 了系統(tǒng)的可靠性 電纜及其接頭容易發(fā)生故障 通信也是薄弱環(huán)節(jié) 2 功能分散式監(jiān)控系統(tǒng) 隨著計(jì)算機(jī)價(jià)格的下降和水電廠對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)可靠性要求的提高 采 1 6 第二章計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 一ii 用多臺(tái)專用功能微機(jī)將全廠控制 調(diào)節(jié) 數(shù)據(jù)采集等各類要求通過負(fù)載 分散 危險(xiǎn)分散 功能分散 地域分散等而得以實(shí)現(xiàn) 就出現(xiàn)了多微機(jī) 系統(tǒng) 這種結(jié)構(gòu)可以克服集中式監(jiān)控系統(tǒng)的弊病 3 以設(shè)備單元分布的分層分布式監(jiān)控系統(tǒng) 分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)在地域上是分散的 即按控制對(duì)象進(jìn)行分散 分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)一般分為二個(gè)層次 上面一層稱為上位機(jī) 下面一 層以發(fā)電機(jī)組為單元 將數(shù)據(jù)采集與控制集成到一臺(tái)微機(jī)或p l c 裝置中 構(gòu)成了現(xiàn)地控制單元 l c u 由于各臺(tái)機(jī)組的信息由各臺(tái)機(jī)組控制單元 進(jìn)行處理 就不必敷設(shè)許多電纜將信息送到一處集中處理 可以節(jié)省相 應(yīng)的投資 整個(gè)系統(tǒng)的可靠性也得到顯著的提高 4 基于開放系統(tǒng)地分布式監(jiān)控系統(tǒng) 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展 計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件越來越復(fù)雜 軟件開發(fā)地投入也越來越大 為使這些巨大的軟件資源能在不同的計(jì)算 機(jī)平臺(tái)上運(yùn)行 形成了一系列的開放系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn) 例如t c p i p o p c 等 基于開放系統(tǒng)的分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)具有通用性和可移植性 監(jiān)控系 統(tǒng)軟件可以安裝在任何具有開放系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)上 5 基于對(duì)象技術(shù)的分布式監(jiān)控系統(tǒng) 基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)的分布式監(jiān)控系統(tǒng) 從系統(tǒng)設(shè)計(jì) 編程語(yǔ)言選擇 到用戶界面等一系列過程 都依據(jù)面向?qū)ο蟮睦砟?原則和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 都給用戶使用和維護(hù)帶來極大方便 2 1 3 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的分析 以上對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控方式 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了說明 從監(jiān)控 方式上來看 根據(jù)目前監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展 新建的大 中型水電廠為避免 重復(fù)投資 均采用取消常規(guī)設(shè)備的全計(jì)算機(jī)控制方式 而對(duì)于老廠改造 由于已具備常規(guī)控制 從避免資金浪費(fèi)及節(jié)省資金的角度來說 采用以 計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的監(jiān)控方式即c b s c 這種控制方式是目前國(guó)內(nèi)外水電站采 1 7 西安理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 用的主要計(jì)算機(jī)監(jiān)控方式 從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來看 集中式監(jiān)控系統(tǒng)主要應(yīng)用在機(jī)組臺(tái)數(shù)少 機(jī)組容 量小和主接線簡(jiǎn)單的小型水電廠 采用這種結(jié)構(gòu)模式可以節(jié)省投資 由 于水電廠生產(chǎn)過程的特點(diǎn) 許多功能不可能截然分開 因此 功能分散 式監(jiān)控系統(tǒng)目前已經(jīng)很少采用 隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展 一般 大 中型水電廠機(jī)組臺(tái)數(shù)多i 容量大 主接線復(fù)雜 在采用網(wǎng)絡(luò)通信技 術(shù)支持下的分層分布式計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是較好的選擇 這些年來新投運(yùn) 的水電廠監(jiān)控系統(tǒng)幾乎都采用分層分布式的 水力發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系 統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)定 d l t 5 0 6 5 1 9 9 6 明確指出 監(jiān)控系統(tǒng)宣采用分層 分布式結(jié)構(gòu) 分設(shè)負(fù)責(zé)全廠集中監(jiān)控任務(wù)的電廠級(jí)及完成機(jī)組 開關(guān)站 和公用設(shè)備等監(jiān)控任務(wù)的現(xiàn)地控制級(jí) 全開放 分布式監(jiān)控系統(tǒng)是近 年來在分布式監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 整個(gè)系統(tǒng)中各設(shè)備均遵循 i s 0 i e e e i e c 等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約 其同接入全開放式的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一個(gè)全 開放 全分布式的監(jiān)控系統(tǒng) 這樣形成的系統(tǒng)各設(shè)備節(jié)點(diǎn)的獨(dú)立性 自 治性都很高 設(shè)備的增減 故障設(shè)備的更換都很方便 整個(gè)系統(tǒng)的可靠 性 可維護(hù)性也將得到顯著提高 這也是今后大 中型水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān) 控系統(tǒng)模式發(fā)展的方向 當(dāng)條件許可時(shí) 最好采用全開放 分布式監(jiān)控 系統(tǒng) 分層分布式控制方式有下列優(yōu)點(diǎn) 2 凡是不涉及整個(gè)系統(tǒng)性質(zhì)的監(jiān)控功能 可安排在較低層實(shí)現(xiàn) 這 不僅加速了控制過程的實(shí)現(xiàn) 即提高了響應(yīng)性能而且減輕了控制中心的 負(fù)擔(dān) 減少了大量的信息傳輸 也提高了系統(tǒng)的可靠性 在分層控制系統(tǒng)中 即使系統(tǒng)的某個(gè)部分因發(fā)生故障而停止工作 系統(tǒng)的其他部分仍能正常工作 分層之間還可以互為備用 從而大大地 提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性 采用分層控制方式時(shí) 對(duì)控制設(shè)備和信息傳輸設(shè)備的要求可適當(dāng) 降低 需要傳送的信息量減少 敷設(shè)的電纜也大大減少 主計(jì)算機(jī)的負(fù) 第二章計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 擔(dān)也減輕 這些均導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備投資的減少 可以靈活地適應(yīng)被控制生產(chǎn)過程的變更和擴(kuò)大 可實(shí)施分階段投 資 這些都提高了系統(tǒng)的靈活性和經(jīng)濟(jì)性 2 2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2 2 1 網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)模式 a 網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的互連形式 目前網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要 有以下幾種類型 1 總線拓?fù)?在總線型拓?fù)渲?各計(jì)算機(jī)通過電纜順序連接 其形態(tài)是在一條直線 狀的電纜上分別連接著許多節(jié)點(diǎn) 計(jì)算機(jī)等設(shè)備 如 圖2 2 所示 布線的兩端是截止端 需接有終結(jié)器 比較 簡(jiǎn)潔 比較典型的是采用同軸電纜連接的以太網(wǎng) 圖2 2 總線拓?fù)?2 星型拓?fù)?在星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中 網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過一個(gè)中央設(shè)備 h u b 或交 換機(jī) 連接在一起 如圖2 3 所示 中央設(shè)備不僅是 所有導(dǎo)線的匯集點(diǎn) 也具有管理網(wǎng)絡(luò)通信的功能 網(wǎng)絡(luò) 的可靠性較高 3 環(huán)形拓?fù)?圖2 3 星形拓?fù)?在一個(gè)環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中 每個(gè)節(jié)點(diǎn)與兩個(gè)最近的節(jié)點(diǎn)相連接以使整個(gè) 網(wǎng)絡(luò)形成一個(gè)環(huán)狀 如圖2 4 數(shù)據(jù)繞著環(huán)向一個(gè)方向 發(fā)送 單向的 每個(gè)工作站接收并響應(yīng)發(fā)送給它的數(shù) 據(jù)包 然后將其它數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到環(huán)中的下一個(gè)工作站 圈2 4 環(huán)形拓?fù)?b 網(wǎng)絡(luò)通信介質(zhì)的選擇 傳輸介質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)中連接收發(fā)雙方的物理通路 也是通信中實(shí)際傳送 1 9 西安理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文 信道的載體 目前使用較多的傳輸介質(zhì)包括三種類型 同軸電纜 雙絞 線 光纜 1 同軸電纜 同軸電纜是通信介質(zhì)