火電廠廠級負荷和電壓一體化自動控制系統的製作方法

2023-05-05 08:24:21

專利名稱：火電廠廠級負荷和電壓一體化自動控制系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於熱電廠發電自動控制技術領域。特別涉及一種火電廠廠級負荷和電壓一體化自動控制系統。
背景技術：
目前，火電廠廠級負荷分配系統(簡稱:LDC)和廠級電壓自動控制系統(簡稱:AVC)為兩套獨立運行的系統，每套系統均有獨立的數據採集系統、通訊系統、工業控制計算機和監控組態軟體。LDC和AVC雖然功能不同，但是採集的數據有很大部分重疊，如火電廠各機組發電機端有功功率、無功功率、母線電壓等模擬量數值，又如機組狀態、控制系統投切等開關量，同時這兩套系統均需接受電網調度指令。顯然，兩套獨立運行LDC和AVC造成了設備的重複配置，浪費了資源，增加了投資；同時兩套獨立的系統，也增加了日後運行維護的成本，因此本發明設計出一種火電廠廠級負荷和電壓一體化自動控制系統(簡稱:AGVO0

發明內容
本發明的目的是針對現有LDC和AVC硬體重複配置和負荷優化分配算法存在的不足，提出一種火電廠廠級負荷和電壓一體化自動控制系統，其特徵在於，該一體化自動控制系統由數據採集、監視、控制和通訊網絡四部分組成；系統結構為:第一 OPC伺服器1、第二 OPC伺服器2、第一機組OPC客戶端-第N機組OPC客戶端分別通過第一網線1、第二網線2同第一交換機1、第二交換機2連接；第一控制器I第二控制器2分別通過第一網線1、第二網線2和第一交換機1、第二交換機2相連，第一控制器1、第二控制器2分別與第一 CAN總線1、第二 CAN總線2連接，第一控制器I和第二控制器2之間通過通訊電纜3互連；第一輸入輸出模塊7、第二輸入輸出模塊8、第三輸入輸出模塊9和第三方通訊模塊10同時並接第一 CAN總線1、第二 CAN總線2上；第一輸入輸出模塊7和第二輸入輸出模塊8分別通過數據線與遠程終端6連接，遠程終端6通過通訊光纜4電網調度中心連接。所述控制部分由相互冗餘的第一控制器1、第二控制器2組成，均為PLC可編程邏輯控制器，實現運算、邏輯控制和通信功能；負責執行優化分配算法，是核心的控制模件。所述數據米集系統由第一輸入輸出模塊7、第二輸入輸出模塊8、第三輸入輸出模塊9和第三方通訊模塊10組成，均包含Α/D (模/數)轉換和D/Α (數/模)轉換，將輸入模件採集的模擬量轉換為數字量，輸出模件輸出數字量；上述輸入輸出模塊均有光耦隔離保護，每個模塊分別連接相互冗餘的第一 CAN總線1、第二 CAN總線2，通過CAN總線和控制器通信。所述通訊網絡由兩臺交換機和網線、光纖組成，通訊協議為TCP/IP協議，其中交換機為光口、電口混合；當距離小於75米，使用電口和網線；大於75米，則使用光纖和光□。
所述監視部分由遠程終端、電網調度中心、工控機和安裝於工控機上的監控組態軟體構成，監控軟體包含人機互動接口，操作員通過人機互動接口監視現場工況和發出控制指令，組態軟體允許具有一定權限的人員查看控制器中變量的狀態，修改下裝邏輯組態，對控制邏輯進行調試。所述第二 OPC伺服器2輸出與印表機11連接。所述第一 OPC伺服器1、第二 OPC伺服器2相互冗餘。所述第一網線1、第二網線2相互冗餘。所述第一交換機1、第二交換機2相互冗餘。所述第三方通訊模塊為通訊協議轉換模塊，包含Α/D模/數轉換和D/Α數/模轉換，將輸入模件採集的模擬量轉換為數字量，輸出模件輸出數字量；將常用現場總線協議(如MODBUS，PR0FIBUS等)轉換為機櫃內CAN總線協議，以提高AGVC系統的兼容性。本發明的有益效果是該一體化控制系統可完成廠級負荷自動優化分配和廠級電壓自動控制的功能，實現了廠級負荷/電壓一體化控制；特別是廠級負荷二次調整優化分配策略在提高全廠負荷響應速度的同時，實現了負荷最優分配，保證全廠較好的經濟性。，節約了投資和維護費用。


圖1是廠級負荷/電壓一體化自動控制系統結構框圖。圖2是控制櫃結構示意圖。
具體實施例方式本發明提出一種火電廠廠級負荷和電壓一體化自動控制系統。下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。該一體化自動控制系統由數據採集、監視、控制和通訊網絡四部分組成。其系統結構見圖1、圖2。相互冗餘的第一 OPC伺服器I和第二 OPC伺服器2、第一機組OPC客戶端至第N機組OPC客戶端分別通過第一網線1、第二網線2同第一交換機1、第二交換機2連接(N為全廠機組總數)，第二 OPC伺服器2輸出與印表機11連接。在控制櫃13內，第一控制器I第二控制器2分別通過第一網線1、第二網線2和第一交換機1、第二交換機2相連，第一控制器
1、第二控制器2分別與第一 CAN總線1、第二 CAN總線2連接，第一控制器I和第二控制器2之間通過通訊電纜3互連；第一輸入輸出模塊7、第二輸入輸出模塊8、第三輸入輸出模塊9和第三方通訊模塊10同時並接第一 CAN總線1、第二 CAN總線2上，在控制櫃13下部，安裝空氣開關組，空氣開關組兩側分別安裝電源模塊，及電壓表、電流表、LED指示燈和開關，分別連接至交流電源I和交流電源2 (如圖2所示)，電源模塊輸出的電壓由空氣開關組連接至相應的部件。第一輸入輸出模塊7和第二輸入輸出模塊8分別通過數據線與遠程終端6連接，遠程終端6通過通訊光纜4電網調度中心連接。遠程終端6通過通訊光纜4向電網調度中心12傳送機組信息(104規約)，同時也接受調度指令。為了保證調度指令和遠傳信息的可靠性，遠程終端6通過數據線5和AGVC進行數據交互。所述控制部分由相互冗餘的第一控制器1、第二控制器2組成，均為PLC可編程邏輯控制器，實現運算、邏輯控制和通信功能；負責執行優化分配算法，是核心的控制模件。所述數據採集系統由第一輸入輸出模塊7、第二輸入輸出模塊8、第三輸入輸出模塊9和第三方通訊模塊10組成，均包含Α/D模/數轉換和D/Α數/模轉換，將輸入模件採集的模擬量轉換為數字量，輸出模件輸出數字量；上述輸入輸出模塊均有光耦隔離保護，每個模塊分別連接相互冗餘的第一 CAN總線1、第二 CAN總線2，通過CAN總線和控制器通信。所述通訊網絡由兩臺相互冗餘的交換機和相互冗餘的網線、光纖組成，通訊協議為TCP/IP協議，其中交換機為光口、電口混合；當距離小於75米，使用電口和網線；大於75米，則使用光纖和光口。所述監視部分由遠程終端、電網調度中心、工控機和安裝於工控機上的監控組態軟體構成，監控軟體包含人機互動接口，操作員通過人機互動接口監視現場工況和發出控制指令，組態軟體允許具有一定權限的人員查看控制器中變量的狀態，修改下裝邏輯組態，對控制邏輯進行調試。圖1中各機組OPC客戶端可選擇機組分散控制系統(DCS)歷史數據伺服器，由於OPC是基於Windows作業系統的分散控制通訊方式。對於非Windows作業系統可通過第三方通訊模塊，使用RS485總線，按照通訊協議實現。其控制流程為:由輸入輸出模塊現場採集信號(各機組狀態)，經兩條互為冗餘的CAN總線進入第一控制器1、第二控制器2 ;調度指令通過通訊光纜接入遠程終端，通過若干數據線進入輸入輸出模塊；通過負荷優化分配算法和電壓自動控制算法，計算出各機組所分配的有功、無功功率，由輸出類I/O模塊(A0，D0)進入各機組分散控制系統(DCS)系統和勵磁調節系統(AVR)，最終由各機組的執行機構完成負荷、電壓的調整。關於廠級負荷優化分配算法:變量聲明:PMf電網調度負荷指令，Pi為第i臺機組輸出的有功功率，APmajh,APmiim分別為第i臺機組負荷增量的上下限，N為該廠總運行機組數Ji(Pi)為第i臺機組煤耗曲線。①根據煤耗有功功率歷史數據擬合機組煤耗曲線:(Fi, PJm為第i臺機組M組煤耗功率歷史數據，Ci為待求的擬合係數。由最小二乘法曲線擬合，則二次擬合法方程組為:
權利要求
1.一種火電廠廠級負荷和電壓一體化自動控制系統,其特徵在於,該一體化自動控制系統由數據採集、監視、控制和通訊網絡四部分組成，集成了廠級負荷優化分配和廠級電壓自動控制的功能；系統結構為: 第一 OPC伺服器(I)、第二 OPC伺服器(2)、第一機組OPC客戶端-第N機組OPC客戶端分別通過第一網線(I)、第二網線(2)同第一交換機(I)、第二交換機(2)連接；第一控制器(I)第二控制器(2)分別通過第一網線(I)、第二網線(2)和第一交換機(I)、第二交換機(2)相連，第一控制器(I)、第二控制器(2)分別與第一 CAN總線(I)、第二 CAN總線(2)連接，第一控制器(I)和第二控制器(2)之間通過通訊電纜(3)互連；第一輸入輸出模塊(7)、第二輸入輸出模塊(8)、第三輸入輸出模塊(9)和第三方通訊模塊(10)同時並接第一 CAN總線(I)、第二 CAN總線(2)上；第一輸入輸出模塊(7)和第二輸入輸出模塊(8)分別通過數據線(5 )與遠程終端(6 )連接，遠程終端(6 )通過通訊光纜(4)電網調度中心(12 )連接。
2.根據權利要求1所述一種火電廠廠級負荷和電壓一體化自動控制系統，其特徵在於，所述控制部分由相互冗餘的第一控制器(I)、第二控制器(2)組成，均為PLC可編程邏輯控制器，實現運算、邏輯控制和通信功能；負責執行優化分配算法，是核心的控制模件。
3.根據權利要求1所述一種火電廠廠級負荷和電壓一體化自動控制系統，其特徵在於，所述數據米集系統由第一輸入輸出模塊(7)、第二輸入輸出模塊(8)、第三輸入輸出模塊(9)和第三方通訊模塊(10)組成，均包含Α/D (模/數)轉換和D/Α (數/模)轉換，將輸入模件採集的模擬量轉換為數字量，輸出模件輸出數字量；上述輸入輸出模塊均有光耦隔離保護，每個模塊分別連接相互冗餘的第一 CAN總線(I )、第二 CAN總線(2)，通過一對相互冗餘的CAN總線和控制器通信。
4.根據權利要求1所述一種火電廠廠級負荷和電壓一體化自動控制系統，其特徵在於，所述通訊網絡由兩臺交換機和網線、光纖組成，通訊協議為TCP/IP協議，其中交換機為光口、電口混合；當距離小於75米，使用電口和網線；大於75米，則使用光纖和光口。
5.根據權利要求1所述一種火電廠廠級負荷和電壓一體化自動控制系統，其特徵在於，所述監視部分由遠程終端、工控機和安裝於工控機上的監控組態軟體構成，監控軟體包含人機互動接口，操作員通過人機互動接口監視現場工況和發出控制指令，組態軟體允許具有一定權限的人員查看控制器中變量的狀態，修改下裝邏輯組態，對控制邏輯進行調試。
6.根據權利要求1所述一種火電廠廠級負荷和電壓一體化自動控制系統，其特徵在於，所述第二 OPC伺服器(2)輸出與印表機(11)連接。
7.根據權利要求1所述一種火電廠廠級負荷和電壓一體化自動控制系統，其特徵在於，所述第一 OPC伺服器(I )、第二 OPC伺服器(2)相互冗餘。
8.根據權利要求1所述一種火電廠廠級負荷和電壓一體化自動控制系統，其特徵在於，所述第一網線(I)、第二網線(2)相互冗餘。
9.根據權利要求1所述一種火電廠廠級負荷和電壓一體化自動控制系統，其特徵在於，所述第一交換機(I)、第二交換機(2 )相互冗餘。
10.根據權利要求1所述一種廠級負荷和電壓一體化自動控制系統，其特徵在於，所述第三方通訊模塊為通訊協議轉換模塊，包含Α/D模/數轉換和D/Α數/模轉換，將輸入模件採集的模擬量轉換為數字量，輸出模件輸出數字量；將常用現場總線協議轉換為機櫃內CAN總線協議，以提高AGVC系統的兼容性。
全文摘要
本發明公開了屬於熱電廠發電自動控制技術領域的一種火電廠廠級負荷和電壓一體化自動控制系統。該一體化自動控制系統由數據採集、監視、控制和通訊網絡四部分組成。該系統可同時對廠級負荷進行優化分配和電壓自動控制。該系統可無縫嵌入火電廠原分散控制系統和磁力調節系統，調度指令和上傳到調度中心的信息，經遠程終端，輸入/輸出模塊，數據採集和優化分配控制程序由一套可編程邏輯控制器和若干輸入/輸出模件實現。該系統的電源，通訊和控制器均為雙冗餘配置。將LDC和AVC融合為一體化控制系統，節約了場地，投資，安裝調試時間和運維費用。該控制策略簡單易懂，在線計算量小，保持了全長較好的經濟性，可滿足多種工況的要求。
文檔編號G05B19/418GK103197641SQ20131010260
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月27日 優先權日2013年3月27日
發明者牛玉廣, 李曉明 申請人:華北電力大學