電廠優化運行系統的製作方法

2023-12-09 15:19:01

專利名稱：電廠優化運行系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種智能控制系統，尤其是涉及一種對電廠電廠自動發電控制(AGC)、 自動電壓控制(AVC)、經濟運行、狀態監測、梯級流域調度的電廠優化運行系統。
背景技術：
目前，要實現電廠與調度的聯繫和數據交換，通常採用兩種方式一種是採用集成 到計算機監控系統或獨立的優化運行系統(模塊)，從計算機監控系統中獲取調度所需的各 種數據；另一種是安裝調度RTU遠動裝置，從現場設備獲取調度所需的各種數據。兩者都採 用IEC101和IEC104規約，通過調度數據網上送到調度系統中。兩種系統的區別是採用優化運行系統可以直接獲取來自於計算機監控系統的相 關數據，不需要增加設備和費用投入；而採用調度RTU遠動裝置，獲取來自生產現場數據， 必須要單獨安裝傳感器和敷設電纜，增加了電廠人員勞動強度和日常的檢修維護工作量， 且遠動裝置數據採集和處理的實時性不強、誤差較大，同時也增加了電廠資金費用。目前有較多的電廠的自動化水平不高，造成電廠與調度之間的聯繫存在薄弱環 節，電廠設備運行狀態、設備運行參數、電量等無法上傳，調度也無法實現對電廠設備的監 測、控制和調節等，特別是水電廠較多位於偏遠山區，而中小型水電廠的自動化水平不高， 不配置綜合自動化監控系統或RTU遠動裝置，即使配置了綜合自動化監控系統，但存在以 下幾種情況
1)具備AGC、AVC、經濟運行及設備狀態監測等功能的一種，但不全面；
2)完全沒具備上述功能；
3)建立了調度數據網，上送業務量單一；
4)沒有建立調度數據網，無法與調度聯繫。

發明內容
為了克服現有技術的上述缺點，本發明提供了一種實現容易、結構簡單、經濟實 用、穩定可靠的，集電廠自動發電控制、自動電壓控制、經濟運行、狀態監測、梯級流域調度 等功能為一體的電廠優化運行系統。本發明的技術方案是一種電廠優化運行系統，具有串口和乙太網口，其中一個 乙太網口與電站通訊網絡連接，另一個乙太網口與調度數據網連接，通訊協議採用IEC104， 兩個乙太網口的IP位址分配跟連接端的網段一致；一個串口通過電力載波通道與調度連 接，採用IEC101通訊協議，其他的串口與現場的自動裝置的串口連接；系統包括自動發電 控制功能模塊、自動電壓控制功能模塊、經濟運行功能模塊，各個功能模塊之間通過I/O接 口進行連接；所述自動發電控制功能模塊實現發電機組在規定的出力調整範圍內，跟蹤 調度下發的負荷調節指令，並結合機組特性及當前狀況，計算出每臺機組所分配負荷，然後 避開振動區或氣蝕區，使機組在最大有效區域內運行；所述自動電壓控制功能模塊通過在 執行電壓目標追蹤過程中，採用勵磁調節器對發電機端電壓實現小閉環調節，再通過調節
3勵磁調節器的給定，對母線電壓實現大閉環調節；所述經濟運行功能模塊包括實時調度功 能、水庫調度功能和徑流預報功能。所述實時調度功能將相應小時分配到的負荷落實到各臺機組，並根據負荷因素的 實際變化，調整各機組負荷，進行實時操作控制，使水輪機在高效率區運行。所述水庫調度功能按周或日經濟運行的主要任務，將長期經濟運行所分配給本時 段的輸入能，在更短時段間合理分配，制定出各電站短期最優運行方式。所述徑流預報功能將較長時期內的有限輸入能，最優分配到較短時段，制定出各 電站的長期最優運行方式。與現有技術相比，本發明的積極效果是集自動發電控制、自動電壓控制、經濟運 行、設備狀態監測、梯級流域調度等功能為一體，系統具備且兼容多種標準的開放協議，同 時預留用戶自定義協議接口，可以根據用戶要求進行自由擴展；系統具備OPCServer標準 接口，不需要額外增加硬體設備，採用該系統的通訊接口，與電站計算機監控系統和生產現 場各種自動控制裝置進行互連，獲取滿足實現上述功能要求的各種數據；系統通過對外通 訊採集來自生產現場的設備運行狀態、保護信號、斷路器分合狀態、一次調頻數據、PSS運 行參數等，通過電力載波通道和調度數據網的乙太網通道向多個調度中心上送數據，協議 分別採用IEC101和IEC104，調度中心可以實時監測水電廠設備運行狀態，並獲取相關的運 行參數，並實現對設備的控制與調節，為智能電網和設備在線監測，以及調度對電廠的考核 和控制提供解決方案；系統為上級調度提供電網安全管理的數據來源，通過這種方式具有 速度較快，實時性較好；採用先進、可靠的通信網絡技術，取消原有硬接線、變送器等傳統設 備，使全廠全面信息化、數位化，電氣設備保護測控功能分散就地實現，主站系統通過通信 網絡和就地綜合保護測控設備通信，實現遙測、遙信、遙控、S0E、事故追憶等功能。自動發電控制能保證發電出力與負荷平衡，保證系統頻率為額定值，使淨區域聯 絡線潮流與計劃相等，最小區域化運行成本。用戶系統包括自動發電控制、自動電壓控制、經濟運行和用戶界面、協議轉換、對 外接口、用戶界面、參數設置等功能模塊，具有良好的開放性、可擴展性和可維護性。系統建立了電廠設備與調度之間的聯繫通道，系統採集調度所需要的數據和接受 調度下發的數據及指令。上送調度的數據主要包括遙信、遙測、遙控、遙調數據及涉及電網 安全運行的狀態量(機組啟停狀態、斷路器分合狀態)、模擬量、轉速、頻率、開度、相量、一次 調頻、PSS等運行參數和數據等；系統接受上級調度下發數據及指令總負荷、頻率、電壓等 數據和開機、停機等遙控指令等。通過採集各機組一次調頻投退信號和一次調頻技術性能指標，監測和統計各機組 一次調頻運行情況，分析電網頻率異常時，各機組一次調頻動作行為。通過採集各機組PSS投退狀態信號、AVR自動/手動信號以及發電機、勵磁系統 的運行參數，在線監測各機組PSS、AVR投退情況，分析電網異常時，各機組勵磁系統動作行 為。
具體實施例方式本說明書中公開的所有特徵，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥 的特徵和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
本說明書(包括任何附加權利要求、摘要和附圖
)中公開的任一特徵，除非特別敘 述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特徵加以替換。即，除非特別敘述，每個特徵只 是一系列等效或類似特徵中的一個例子而已。一種電廠優化運行系統，系統的運行平臺採用WindowsNT可視化平臺或嵌入式操 作系統，如Linux、Windows-CE等，系統具有串口和乙太網口，通過用戶界面對各種運行參 數進行設置，系統兼容開放型通訊協議和用戶自定義協議。系統的一個乙太網口與電站通訊網絡連接，用於獲取連接到乙太網絡中的計算機 監控系統和生產現場自動控制裝置的數據；另一個乙太網口與調度數據網連接，實現與調 度的數據交換，通訊協議採用IEC104 ；兩個乙太網口的IP位址分配跟連接端的網段一致， 為了保證生產現場設備和系統的安全，防止外網和黑客攻擊，可配置縱向安全隔離裝置；
系統的一個串口通過電力載波通道與調度連接，採用IEC101通訊協議，實現與調度之 間的數據交換；其他的串口與現場的自動裝置的串口連接，與現場設備的進行數據交換。系統具有自動發電控制、自動電壓控制、經濟運行等功能模塊，各個功能模塊通過 其I/O接口與其他功能模塊連接，並通過系統的對外接口與調度系統和現地自動裝置進行 連接，採用標準開放協議和對外接口，其中
自動發電控制(AGC)功能模塊
自動發電控制根據水庫上遊來水量或電力系統的要求，考慮電廠及機組的運行限制條 件，在保證電廠安全運行的前提下，以經濟運行為原則，確定電廠機組運行臺數、運行機組 的組合和機組間的負荷分配。它可根據需要滿足運行人員的一些特殊要求或自動地對全廠 有功、系統頻率及一些非常情況做出迅速反應。自動發電控制是指按預定條件和要求，以迅 速經濟的方式控制水電廠的有功功率來滿足電力系統多方面需求的技術。它是在水輪發電 機組自動控制的技術上，實現全廠自動化的一種方式。發電機組在規定的出力調整範圍內， 跟蹤調度下發的負荷調節指令，結合機組特性及當前狀況，計算出每臺機組所分配負荷，並 避開振動區或氣蝕區，使機組運行最大有效區域。用戶根據負荷調節的爬升率、死區範圍、調差率等效果，在用戶界面可以對脈寬和 步長等參數進行設置。按照一定調節速率實時調整發電出力，以滿足電力系統頻率和聯絡 線功率控制要求。AGC功能具備機組自動開機、停機、頻率控制功能。並能根據成組條件、運行約束條 件進行AGC功能投退，實現單機調節、成組調節等。自動發電控制功能模塊對電網部分機組出力進行二次調整，以滿足控制目標要 求；其基本功能包括負荷頻率控制(LFC)，經濟調度控制(EDC)，備用容量監視(RM)，AGC 性能監視(AGCPM)，聯絡線偏差控制(TBC)等。自動電壓控制(AVC )功能模塊
發電廠自動電壓控制是以高壓母線電壓作為發電機勵磁調節的目標，電廠通過調節發 電機來間接實現對母線電壓的控制，但在併網運行中，發電機電壓與高壓母線電壓間並沒 有絕對的線性關係，所以在執行電壓目標追蹤過程中，採用逐次逼近，大閉環調節的方法， 即勵磁調節器對發電機端電壓實現小閉環調節，而AVC通過調節勵磁調節器(AVR)的給定 對母線電壓實現大閉環調節。現場總線網絡與主控單元連接並通信。其現場I/O測控單元一方面採集發電機勵磁系統的有關信息，如發電機的電流、電壓、有功、無功、功率因素、母線電壓、勵磁電流等模 擬量和勵磁調節器(AVR)的控制狀態、斷路器的位置信號等數字量；另一方面將從主控單 元下發的控制命令轉換為電信號，輸出並控制自動電壓調節器(AVR)的運行。經濟運行功能模塊
水電站經濟運行，是從電力系統安全、優質、經濟發電供電的目標出發，制定水電站的 最優運行方式，以一定的水電能源獲取水電站最大發電量。水電站經濟運行內容包括 1)廠內經濟運行
即實時調度(逐小時經濟運行)，是將相應小時分配到的負荷落實到各臺機組，並根據 負荷等因素的實際變化，調整各機組負荷，進行實時操作控制，使水輪機在高效率區運行。2)短期經濟運行
即水庫調度，是按周或日經濟運行的主要任務，是將長期經濟運行所分配給本時段的 輸入能，在更短時段(日、小時)間合理分配，制定出各電站短期最優運行方式，即確定出短 期內電站逐日、逐小時的負荷分配和運行狀態。3)長期經濟運行
即徑流預報，將較長時期(季、年、多年)內的有限輸入能，最優分配到較短時段(月、旬、 周、日)，制定出各電站的長期最優運行方式。本發明並不局限於前述的具體實施方式
。本發明擴展到任何在本說明書中披露的 新特徵或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
權利要求
一種電廠優化運行系統，其特徵在於具有串口和乙太網口，其中一個乙太網口與電站通訊網絡連接，另一個乙太網口與調度數據網連接，通訊協議採用IEC104，兩個乙太網口的IP位址分配跟連接端的網段一致；一個串口通過電力載波通道與調度連接，採用IEC101通訊協議，其他的串口與現場的自動裝置的串口連接；系統包括自動發電控制功能模塊、自動電壓控制功能模塊、經濟運行功能模塊，各個功能模塊之間通過I/O接口進行連接；所述自動發電控制功能模塊實現發電機組在規定的出力調整範圍內，跟蹤調度下發的負荷調節指令，並結合機組特性及當前狀況，計算出每臺機組所分配負荷，然後避開振動區或氣蝕區，使機組在最大有效區域內運行；所述自動電壓控制功能模塊通過在執行電壓目標追蹤過程中，採用勵磁調節器對發電機端電壓實現小閉環調節，再通過調節勵磁調節器的給定，對母線電壓實現大閉環調節；所述經濟運行功能模塊包括實時調度功能、水庫調度功能和徑流預報功能。
2.根據權利要求1所述的電廠優化運行系統，其特徵在於所述實時調度功能將相應 小時分配到的負荷落實到各臺機組，並根據負荷因素的實際變化，調整各機組負荷，進行實 時操作控制，使水輪機在高效率區運行。
3.根據權利要求1所述的電廠優化運行系統，其特徵在於所述水庫調度功能按周或 日經濟運行的主要任務，將長期經濟運行所分配給本時段的輸入能，在更短時段間合理分 配，制定出各電站短期最優運行方式。
4.根據權利要求1所述的電廠優化運行系統，其特徵在於所述徑流預報功能將較長 時期內的有限輸入能，最優分配到較短時段，制定出各電站的長期最優運行方式。
全文摘要
本發明公開了一種電廠優化運行系統，具有串口和乙太網口，一個乙太網口與電站通訊網絡連接，另一個乙太網口與調度數據網連接，通訊協議採用IEC104，兩個乙太網口的IP位址分配跟連接端的網段一致；一個串口通過電力載波通道與調度連接，採用IEC101通訊協議，其他的串口與現場的自動裝置的串口連接；系統包括自動發電控制功能模塊、自動電壓控制功能模塊、經濟運行功能模塊，各個功能模塊之間通過I/O接口進行連接。本發明的積極效果是集自動發電控制、自動電壓控制、經濟運行、設備狀態監測、梯級流域調度等功能為一體，實現對設備的控制與調節，為智能電網和設備在線監測，以及調度對電廠的考核和控制提供解決方案。
文檔編號G05B19/418GK101866170SQ20101015685
公開日2010年10月20日 申請日期2010年4月27日 優先權日2010年4月27日
發明者何軍, 王春林, 胡川華, 黃強 申請人:四川中鼎科技有限公司