CN101866170A - 电厂优化运行系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电厂优化运行系统，具有串口和以太网口，一个以太网口与电站通讯网络连接，另一个以太网口与调度数据网连接，通讯协议采用IEC104，两个以太网口的IP地址分配跟连接端的网段一致；一个串口通过电力载波通道与调度连接，采用IEC101通讯协议，其他的串口与现场的自动装置的串口连接；系统包括自动发电控制功能模块、自动电压控制功能模块、经济运行功能模块，各个功能模块之间通过I/O接口进行连接。本发明的积极效果是：集自动发电控制、自动电压控制、经济运行、设备状态监测、梯级流域调度等功能为一体，实现对设备的控制与调节，为智能电网和设备在线监测，以及调度对电厂的考核和控制提供解决方案。

Description

电厂优化运行系统

技术领域

本发明涉及一种智能控制系统，尤其是涉及一种对电厂电厂自动发电控制（AGC）、自动电压控制（AVC）、经济运行、状态监测、梯级流域调度的电厂优化运行系统。

背景技术

目前，要实现电厂与调度的联系和数据交换，通常采用两种方式：一种是采用集成到计算机监控系统或独立的优化运行系统（模块），从计算机监控系统中获取调度所需的各种数据；另一种是安装调度RTU远动装置，从现场设备获取调度所需的各种数据。两者都采用IEC101和IEC104规约，通过调度数据网上送到调度系统中。

两种系统的区别是：采用优化运行系统可以直接获取来自于计算机监控系统的相关数据，不需要增加设备和费用投入；而采用调度RTU远动装置，获取来自生产现场数据，必须要单独安装传感器和敷设电缆，增加了电厂人员劳动强度和日常的检修维护工作量，且远动装置数据采集和处理的实时性不强、误差较大，同时也增加了电厂资金费用。

目前有较多的电厂的自动化水平不高，造成电厂与调度之间的联系存在薄弱环节，电厂设备运行状态、设备运行参数、电量等无法上传，调度也无法实现对电厂设备的监测、控制和调节等，特别是水电厂较多位于偏远山区，而中小型水电厂的自动化水平不高，不配置综合自动化监控系统或RTU远动装置，即使配置了综合自动化监控系统，但存在以下几种情况：

1）具备AGC、AVC、经济运行及设备状态监测等功能的一种，但不全面；

2）完全没具备上述功能；

3）建立了调度数据网，上送业务量单一；

4）没有建立调度数据网，无法与调度联系。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种实现容易、结构简单、经济实用、稳定可靠的，集电厂自动发电控制、自动电压控制、经济运行、状态监测、梯级流域调度等功能为一体的电厂优化运行系统。

本发明的技术方案是：一种电厂优化运行系统，具有串口和以太网口，其中：一个以太网口与电站通讯网络连接，另一个以太网口与调度数据网连接，通讯协议采用IEC104，两个以太网口的IP地址分配跟连接端的网段一致；一个串口通过电力载波通道与调度连接，采用IEC101通讯协议，其他的串口与现场的自动装置的串口连接；系统包括自动发电控制功能模块、自动电压控制功能模块、经济运行功能模块，各个功能模块之间通过I/O接口进行连接；所述自动发电控制功能模块实现：发电机组在规定的出力调整范围内，跟踪调度下发的负荷调节指令，并结合机组特性及当前状况，计算出每台机组所分配负荷，然后避开振动区或气蚀区，使机组在最大有效区域内运行；所述自动电压控制功能模块通过在执行电压目标追踪过程中，采用励磁调节器对发电机端电压实现小闭环调节，再通过调节励磁调节器的给定，对母线电压实现大闭环调节；所述经济运行功能模块包括实时调度功能、水库调度功能和径流预报功能。

所述实时调度功能将相应小时分配到的负荷落实到各台机组，并根据负荷因素的实际变化，调整各机组负荷，进行实时操作控制，使水轮机在高效率区运行。

所述水库调度功能按周或日经济运行的主要任务，将长期经济运行所分配给本时段的输入能，在更短时段间合理分配，制定出各电站短期最优运行方式。

所述径流预报功能将较长时期内的有限输入能，最优分配到较短时段，制定出各电站的长期最优运行方式。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：集自动发电控制、自动电压控制、经济运行、设备状态监测、梯级流域调度等功能为一体，系统具备且兼容多种标准的开放协议，同时预留用户自定义协议接口，可以根据用户要求进行自由扩展；系统具备OPCServer标准接口，不需要额外增加硬件设备，采用该系统的通讯接口，与电站计算机监控系统和生产现场各种自动控制装置进行互连，获取满足实现上述功能要求的各种数据；系统通过对外通讯采集来自生产现场的设备运行状态、保护信号、断路器分合状态、一次调频数据、PSS运行参数等，通过电力载波通道和调度数据网的以太网通道向多个调度中心上送数据，协议分别采用IEC101和IEC104，调度中心可以实时监测水电厂设备运行状态，并获取相关的运行参数，并实现对设备的控制与调节，为智能电网和设备在线监测，以及调度对电厂的考核和控制提供解决方案；系统为上级调度提供电网安全管理的数据来源，通过这种方式具有速度较快，实时性较好；采用先进、可靠的通信网络技术，取消原有硬接线、变送器等传统设备，使全厂全面信息化、数字化，电气设备保护测控功能分散就地实现，主站系统通过通信网络和就地综合保护测控设备通信，实现遥测、遥信、遥控、SOE、事故追忆等功能。

自动发电控制能保证发电出力与负荷平衡，保证系统频率为额定值，使净区域联络线潮流与计划相等，最小区域化运行成本。

用户系统包括自动发电控制、自动电压控制、经济运行和用户界面、协议转换、对外接口、用户界面、参数设置等功能模块，具有良好的开放性、可扩展性和可维护性。

系统建立了电厂设备与调度之间的联系通道，系统采集调度所需要的数据和接受调度下发的数据及指令。上送调度的数据主要包括：遥信、遥测、遥控、遥调数据及涉及电网安全运行的状态量（机组启停状态、断路器分合状态）、模拟量、转速、频率、开度、相量、一次调频、PSS等运行参数和数据等；系统接受上级调度下发数据及指令：总负荷、频率、电压等数据和开机、停机等遥控指令等。

通过采集各机组一次调频投退信号和一次调频技术性能指标，监测和统计各机组一次调频运行情况，分析电网频率异常时，各机组一次调频动作行为。

通过采集各机组PSS投退状态信号、AVR自动/手动信号以及发电机、励磁系统的运行参数，在线监测各机组PSS、AVR投退情况，分析电网异常时，各机组励磁系统动作行为。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

一种电厂优化运行系统，系统的运行平台采用WindowsNT可视化平台或嵌入式操作系统，如Linux、Windows-CE等，系统具有串口和以太网口，通过用户界面对各种运行参数进行设置，系统兼容开放型通讯协议和用户自定义协议。

系统的一个以太网口与电站通讯网络连接，用于获取连接到以太网络中的计算机监控系统和生产现场自动控制装置的数据；另一个以太网口与调度数据网连接，实现与调度的数据交换，通讯协议采用IEC104；两个以太网口的IP地址分配跟连接端的网段一致，为了保证生产现场设备和系统的安全，防止外网和黑客攻击，可配置纵向安全隔离装置；

系统的一个串口通过电力载波通道与调度连接，采用IEC101通讯协议，实现与调度之间的数据交换；其他的串口与现场的自动装置的串口连接，与现场设备的进行数据交换。

系统具有自动发电控制、自动电压控制、经济运行等功能模块，各个功能模块通过其I/O接口与其他功能模块连接，并通过系统的对外接口与调度系统和现地自动装置进行连接，采用标准开放协议和对外接口，其中：

自动发电控制（AGC）功能模块：

自动发电控制根据水库上游来水量或电力系统的要求，考虑电厂及机组的运行限制条件，在保证电厂安全运行的前提下，以经济运行为原则，确定电厂机组运行台数、运行机组的组合和机组间的负荷分配。它可根据需要满足运行人员的一些特殊要求或自动地对全厂有功、系统频率及一些非常情况做出迅速反应。自动发电控制是指按预定条件和要求，以迅速经济的方式控制水电厂的有功功率来满足电力系统多方面需求的技术。它是在水轮发电机组自动控制的技术上，实现全厂自动化的一种方式。发电机组在规定的出力调整范围内，跟踪调度下发的负荷调节指令，结合机组特性及当前状况，计算出每台机组所分配负荷，并避开振动区或气蚀区，使机组运行最大有效区域。

用户根据负荷调节的爬升率、死区范围、调差率等效果，在用户界面可以对脉宽和步长等参数进行设置。按照一定调节速率实时调整发电出力，以满足电力系统频率和联络线功率控制要求。

AGC功能具备机组自动开机、停机、频率控制功能。并能根据成组条件、运行约束条件进行AGC功能投退，实现单机调节、成组调节等。

自动发电控制功能模块对电网部分机组出力进行二次调整，以满足控制目标要求；其基本功能包括：负荷频率控制（LFC），经济调度控制（EDC），备用容量监视（RM），AGC性能监视（AGCPM），联络线偏差控制（TBC）等。

自动电压控制（AVC）功能模块：

发电厂自动电压控制是以高压母线电压作为发电机励磁调节的目标，电厂通过调节发电机来间接实现对母线电压的控制，但在并网运行中，发电机电压与高压母线电压间并没有绝对的线性关系，所以在执行电压目标追踪过程中，采用逐次逼近，大闭环调节的方法，即励磁调节器对发电机端电压实现小闭环调节，而AVC通过调节励磁调节器（AVR）的给定对母线电压实现大闭环调节。

现场总线网络与主控单元连接并通信。其现场I/O测控单元一方面采集发电机励磁系统的有关信息，如发电机的电流、电压、有功、无功、功率因素、母线电压、励磁电流等模拟量和励磁调节器（AVR）的控制状态、断路器的位置信号等数字量；另一方面将从主控单元下发的控制命令转换为电信号，输出并控制自动电压调节器（AVR）的运行。

经济运行功能模块：

水电站经济运行，是从电力系统安全、优质、经济发电供电的目标出发，制定水电站的最优运行方式，以一定的水电能源获取水电站最大发电量。

水电站经济运行内容包括：

1)厂内经济运行

即实时调度（逐小时经济运行），是将相应小时分配到的负荷落实到各台机组，并根据负荷等因素的实际变化，调整各机组负荷，进行实时操作控制，使水轮机在高效率区运行。

2)短期经济运行

即水库调度，是按周或日经济运行的主要任务，是将长期经济运行所分配给本时段的输入能，在更短时段（日、小时）间合理分配，制定出各电站短期最优运行方式，即确定出短期内电站逐日、逐小时的负荷分配和运行状态。

3)长期经济运行

即径流预报，将较长时期（季、年、多年）内的有限输入能，最优分配到较短时段（月、旬、周、日），制定出各电站的长期最优运行方式。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (4)

1.一种电厂优化运行系统，其特征在于：具有串口和以太网口，其中：一个以太网口与电站通讯网络连接，另一个以太网口与调度数据网连接，通讯协议采用IEC104，两个以太网口的IP地址分配跟连接端的网段一致；一个串口通过电力载波通道与调度连接，采用IEC101通讯协议，其他的串口与现场的自动装置的串口连接；系统包括自动发电控制功能模块、自动电压控制功能模块、经济运行功能模块，各个功能模块之间通过I/O接口进行连接；所述自动发电控制功能模块实现：发电机组在规定的出力调整范围内，跟踪调度下发的负荷调节指令，并结合机组特性及当前状况，计算出每台机组所分配负荷，然后避开振动区或气蚀区，使机组在最大有效区域内运行；所述自动电压控制功能模块通过在执行电压目标追踪过程中，采用励磁调节器对发电机端电压实现小闭环调节，再通过调节励磁调节器的给定，对母线电压实现大闭环调节；所述经济运行功能模块包括实时调度功能、水库调度功能和径流预报功能。

2.根据权利要求1所述的电厂优化运行系统，其特征在于：所述实时调度功能将相应小时分配到的负荷落实到各台机组，并根据负荷因素的实际变化，调整各机组负荷，进行实时操作控制，使水轮机在高效率区运行。

3.根据权利要求1所述的电厂优化运行系统，其特征在于：所述水库调度功能按周或日经济运行的主要任务，将长期经济运行所分配给本时段的输入能，在更短时段间合理分配，制定出各电站短期最优运行方式。

4.根据权利要求1所述的电厂优化运行系统，其特征在于：所述径流预报功能将较长时期内的有限输入能，最优分配到较短时段，制定出各电站的长期最优运行方式。