CN111102123A - 一种抽水蓄能电站辅机系统自动控制方法 - Google Patents

一种抽水蓄能电站辅机系统自动控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抽水蓄能电站辅机系统自动控制方法，辅机控制系统在自动控制模式下控制辅机设备的启动和切换；所述自动控制模式包括优化运行模式，在所述优化运行模式下，辅机控制系统根据各个辅机设备的健康状态控制选择辅机设备的启动工作。本发明的优点在于：在自动控制模式下设置优化运行方式，可以根据各个辅机设备的健康状态来控制辅机设备的运行，以使得各辅机设备均能安全可靠的运行，防止某一设备的长时间运行造成的健康损伤，从而避免其寿命的降低或出现故障的机率；同时自动控制方法安全可靠科学合理，并可以降低电站运维工作强度，提高工作效率，减少运维成本。

Description

一种抽水蓄能电站辅机系统自动控制方法
技术领域
本发明涉及自动控制技术领域，特别涉及一种抽水蓄能电站辅机系统的自动控制方法。
背景技术
抽水蓄能电站的电力生产设备为可逆式水泵水轮机机组，由于抽蓄机组运行方式复杂，需要相应的辅助机械设备(简称，辅机设备)对机组的油、气、水等系统提供可靠辅助服务，维持油压、水位、水压或气压保持在某一设定阈值。
抽水蓄能电站的辅机设备主要有技术供水泵、渗漏排水泵、检修排水泵、顶盖排水泵、中、低压气机及调速器、主进水阀油压装置等。目前，对于抽水蓄能电站辅机设备的控制大多采用单一的循环控制方式，这种控制方式虽易于实现，但是却没有考虑设备的健康状态和经济运行，在单台设备检修或者故障时，不能及时平衡辅机设备的健康状态。
此外，抽水蓄能电站辅助设备种类较多，供应商技术服务水平也参差不齐，这也导致电站的辅机控制实现方法各不相同，电站运维人员必须阅读并理解各供应商的程序代码，这对电站运行维护人员的技术能力也提出了非常高的要求，同时，现在国内大型抽水蓄能电站普遍采用运维一体，运维人员数量得到精简，这也在一定程度上增加了运维人员的工作强度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种抽水蓄能电站辅机系统自动控制方法，用于实现抽水蓄能电站辅机设备自动控制，可以根据平衡辅机设备的健康状态来控制辅机设备的运行。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种抽水蓄能电站辅机系统自动控制方法，辅机控制系统在自动控制模式下控制辅机设备的启动和切换；所述自动控制模式包括优化运行模式，在所述优化运行模式下，辅机控制系统根据各个辅机设备的健康状态控制选择辅机设备的启动工作。
所述健康状态包括设备健康指数，辅机控制系统在每次启动辅机设备后计算每一个辅机设备的设备健康指数，在优化运行模式下，当满足辅机设备启动条件后，辅机控制系统控制启动设备健康指数最大的辅机设备。
所述设备健康指数根据各辅机设备累计运行频率、累计运行时间和累计运行次数计算。
辅机设备控制系统根据输入参数判断是否满足启动辅机设备的触发条件，当满足辅机设备触发条件后，判断是否处于自动控制模式，若辅机设备控制系统处于自动控制模式，则根据自动控制模式对应的控制策略控制对应的辅机设备启动。
所述输入参数包括水泵、油泵或空压机的开关量和模拟量，通过开关量信号动作或模拟量信号进入阈值死区范围判断是否满足触发条件。
辅机设备启动或停止的触发条件是当“开关量动作信号”和“模拟量进入阈值死区范围”两者逻辑或的结果为真时，将启动或停止辅机设备的指令输出至控制环节。
所述辅机设备按照主备运行方式，辅机设备设置多个，并根据辅机控制系统的控制来实现启动和关停。
所述自动控制模式还包括循环运行模式，所述辅机控制系统运行在循环运行模式下，辅机控制系统按照辅机设备的运行次数或时间切换运行辅机设备。
在循环运行模式下，按设备运行次数循环是指对辅机设备按次序逐台循环完成从启动至停止的工作过程；按设备运行时间是指对辅机设备按设定运行时间阈值逐台循环完成从启动至停止的工作过程。
辅机控制系统在手动控制模式下由操作人员通过控制设备控制辅机设备运行。
本发明的优点在于：在自动控制模式下设置优化运行方式，可以根据各个辅机设备的健康状态来控制辅机设备的运行，以使得各辅机设备均能安全可靠的运行，防止某一设备的长时间运行造成的健康损伤，从而避免其寿命的降低或出现故障的机率；同时自动控制方法安全可靠科学合理，并可以降低电站运维工作强度，提高工作效率，减少运维成本。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为辅机系统示意图
图2为辅机控制系统示意图；
图3为本发明自动控制的流程示意图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本发明的自动控制方法是指在现有的基础上增加设置一种可以依赖于设备健康状态来确定启动辅机设备的自动控制方法，从而避免某一设备长时间过度运行的压力以及故障。辅机控制系统可以运行在自动控制模式下，在自动控制模式下控制辅机设备的启动和切换；自动控制模式包括优化运行模式，在所述优化运行模式下，辅机控制系统根据各个辅机设备的健康状态控制选择辅机设备的启动工作。
健康状态包括设备健康指数，辅机控制系统在每次启动辅机设备后计算每一个辅机设备的设备健康指数，在优化运行模式下，当满足辅机设备启动条件后，辅机控制系统控制启动设备健康指数最大的辅机设备。如以辅机设备包括1#辅机设备、2#辅机设备、3#辅机设备时，在优化运行模式下，当满足启动条件后，2#辅机设备的健康指数最大，则启动2#辅机设备。设备健康指数根据各辅机设备累计运行频率、累计运行时间和累计运行次数计算。
辅机设备控制系统根据输入参数判断是否满足启动辅机设备的触发条件，当满足辅机设备触发条件后，判断是否处于自动控制模式，若辅机设备控制系统处于自动控制模式，则根据自动控制模式对应的控制策略控制对应的辅机设备启动。其中输入参数包括水泵、油泵或空压机的开关量和模拟量，通过开关量信号动作或模拟量信号进入阈值死区范围判断是否满足触发条件。
辅机设备启动或停止的触发条件是当“开关量动作信号”和“模拟量进入阈值死区范围”两者逻辑或的结果为真时，将启动或停止辅机设备的指令输出至控制环节。辅机设备按照主备运行方式，辅机设备设置多个，并根据辅机控制系统的控制来实现启动和关停。
自动控制模式还包括循环运行模式，所述辅机控制系统运行在循环运行模式下，辅机控制系统按照辅机设备的运行次数或时间切换运行辅机设备。
在循环运行模式下，按设备运行次数循环是指对辅机设备按次序逐台循环完成从启动至停止的工作过程；按设备运行时间是指对辅机设备按设定运行时间阈值逐台循环完成从启动至停止的工作过程。
辅机控制系统在手动控制模式下由操作人员通过控制设备控制辅机设备运行。
在具体实施时，可以组合实现手动和自动控制模式，包括手动加优化运行模式、手动加优化运行模式以及循环运行模式，当辅机控制系统集成了手动模式、优化运行模式以及循环运行模式，如果没有手动控制信号接入默认采用自动运行模式，在自动运行模式下，通过优化运行模式进行辅机设备的启动控制，并且可以一直采用优化运行模式进行运行或者在设备健康指数趋于相同或差异小于设定值时，转换成循环运行模式。
本发明的目的是提出一种抽水蓄能电站辅机系统自动控制优化方法，便于抽水蓄能电站辅机设备自动控制的实现，并降低电站运维工作强度，提高工作效率，减少运维成本。
抽水蓄能电站的辅机系统包括技术供水系统、渗漏排水系统、检修排水系统、顶盖排水系统、中、低压气系统及调速器、主进水阀油压装置等。辅机系统设备如水泵、油泵或空压机等采用主备运行方式，主用和备用设备可按设计要求配置为1台或多台，并由运行方式灵活选择。
辅机系统工作原理：以技术供水系统为例说明。技术供水系统启动条件触发，技术供水泵收到启动指令后，满足设计要求的主用水泵启动并投入运行，按技术供水泵连续运行时间或运行次数进行水泵的循环切换，即达到切换条件就停止运行，启动一台备用技术供水泵投入运行，如此循环往复；若主用技术供水泵启动失败则启动备用水泵；技术供水系统停止条件触发，则控制停止技术供水泵停止运行。
辅机系统结构图如附图1所示。
辅机控制系统是辅机系统正常运行的关键，辅机控制系统可使用可编程逻辑控制器(PLC)或工控机为控制器，辅机控制系统有输入环节、输出环节、反馈环节和控制环节四部分组成，控制系统结构如附图2所示。
输入环节是辅机运行设备如水泵、油泵或空压机运行过程的开关量和模拟量，如：水泵运行、水泵停机、水泵压力、水位、油位、空气压力等。
输出环节是对水泵、油泵或空压机的控制指令，如：启动水泵、停止水泵等。
反馈环节是指通过对输入环节的开关量或模拟量进行计算，产生触发控制环节动作的反馈信号。如：水位、水压、油位、油压、空气压力等模拟量达到设定阈值或者是辅机系统的开关量状态信号通过逻辑运算为真。
控制环节是辅机控制系统的核心部分，通过优化控制算法，对辅机系统的多台设备进行启停控制操作，维持辅机系统的控制目标在如水位、水压、油压、空气压力等在要求的范围之内。
辅机控制系统的的运行方式包括循环运行方式和优化运行方式。
循环运行方式是按设备运行次数或运行时间切换辅机设备。
按设备运行次数循环是指对辅机设备按次序逐台循环完成从启动至停止的工作过程；按设备运行时间是指对辅机设备按设定运行时间阈值逐台循环完成从启动至停止的工作过程。
工程实践中，设备长时间运行与短时间多次运行相比，前者运行工况稳定，有利于设备健康经济运行，而短时间多次启停则不利于设备安全运行。
本方法对现有运行方式进行了改进，不再以单一的运行时间或运行次数来计算开停设备的次序，而是以设备健康平衡度为目标，提出一种新的优化运行方法。
本方法引入累计运行频率这一概念，并对累计运行时间、累计运行次数和累计运行频率的均方差和偏离系数进行计算，均方差反应辅机系统运行设备三个参数的离散程度，均方差越大则说明设备运行越不均衡，偏离系数反应辅机系统运行设备某个参数的偏离程度，系数越大则说明该设备某个参数偏离越大。
累计运行时间：Ti
累计运行时间均值：
Figure BDA0002318059690000071
Figure BDA0002318059690000072
累计运行时间均方差：σt
Figure BDA0002318059690000073
累计运行时间偏离系数：θt
Figure BDA0002318059690000074
累计运行次数：Si
累计运行次数均值：
Figure BDA0002318059690000075
Figure BDA0002318059690000081
累计运行次数均方差：σs
Figure BDA0002318059690000082
累计运行次数偏离系数：θs
Figure BDA0002318059690000083
累计运行频率：Fi
Figure BDA0002318059690000084
累计运行频率均值：
Figure BDA0002318059690000085
Figure BDA0002318059690000086
累计运行频率均方差：σf
Figure BDA0002318059690000087
累计运行频率偏离系数：θf
Figure BDA0002318059690000091
设备健康指数：Hi
Hi＝θt*Ti+θs*Si+θf*Fi
设备健康指数均值：
Figure BDA0002318059690000092
Figure BDA0002318059690000093
设备健康指数均方差：σh
Figure BDA0002318059690000094
设备健康指数平衡度：θh
Figure BDA0002318059690000095
设备健康指数平衡度反应了所有辅机运行设备的健康平衡情况，数值越小，表示各运行设备运行的健康程度越接近，该值可根据工程实际设定。
根据设备健康指数Hi来对辅机设备的启动进行控制，根据设备健康指数大小，由高到底进行排序，每次启动指数最高的辅机设备。
反馈环节为辅机设备触发启动或停止条件，按如下方法进行计算：
辅机设备开关量动作信号：
A＝开关量动作信号
辅机设备模拟量进入阈值死区范围：
B＝|模拟量-阈值|≤阈死区值
当(A|B)逻辑或结果为真时，将启动或停止辅机设备的指令输出至控制环节。
辅机控制系统的控制方式包括手动控制方式和自动控制方式。
手动控制是指由运维人员人为控制设备的运行。手动控制方式支持通过远程上位机系统、现地触摸屏或工控机及现地面板按钮进行控制，可对两种运行方式进行人工切换，也可直接控制辅机设备的启动和停止。
自动控制采用自适应模式控制系统的运行方式。自适应规则为：
(1)若辅机设备为2台，则采用单一循环方式，即使用累计次数或累计时间。若辅机设备为3台及以上，则选择优化运行方式。
(2)故障恢复或检修完成后，优先选择优化运行方式，在各运行设备健康指数趋于平衡后，自动切换为循环运行方式。
如图3所示，一种抽水蓄能电站辅机系统自动控制方法，包括以下步骤：
(1)读取外部I/O等输入数据，如流体的位置、压力等；
(2)对输入数据进行合法性、滤波等处理，过滤信号抖动等异常信号；
(3)根据输入数据，通过开关量信号动作或模拟量信号进入阈值死区范围判断是否满足触发条件；
(4)若不满足触发条件，则返回第(1)步；
(5)若满足触发条件，则判断当前辅机控制系统的控制方式；
(6)若控制方式为自动控制，则进一步判断控制系统的运行方式；
(7)若运行方式为优化运行方式，则按优化算法确定辅机设备控制次序，并输出设备控制指令；
(8)若运行方式为循环运行方式，则按照累计时间循环或累计次数循环方式确定辅机设备控制次序，并输出设备控制指令；
(9)若控制方式为手动控制，且手动设定为切换运行方式，则根据设定对运行方式进行切换；若手动操作为直接控制设备，则根据设定直接输出辅机设备控制指令。
其中，所述的抽水蓄能电站辅机控制系统运行方式有二种：包括优化运行方式和循环运行方式，且循环运行方式分为累计时间循环和累计次数循环。
其中，所述的抽水蓄能电站辅机控制系统控制方式有二种：包括自动控制方式和手动控制方式。
显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抽水蓄能电站辅机系统自动控制方法，其特征在于：辅机控制系统在自动控制模式下控制辅机设备的启动和切换；所述自动控制模式包括优化运行模式，在所述优化运行模式下，辅机控制系统根据各个辅机设备的健康状态对辅机设备进行启动控制。
2.如权利要求1所述的一种抽水蓄能电站辅机系统自动控制方法，其特征在于：所述健康状态包括设备健康指数，辅机控制系统实时计算各辅机设备的设备健康指数，在优化运行模式下，当辅机设备满足启动条件后，辅机控制系统控制启动设备健康指数最大的辅机设备。
3.如权利要求2所述的一种抽水蓄能电站辅机系统自动控制方法，其特征在于：所述设备健康指数根据各辅机设备的累计运行频率、累计运行时间和累计运行次数进行计算。
4.如权利要求1-3任一所述的一种抽水蓄能电站辅机系统自动控制方法，其特征在于：辅机设备控制系统根据输入参数判断是否满足启动辅机设备的触发条件，当满足辅机设备触发条件后，判断是否处于自动控制模式，若辅机设备控制系统处于自动控制模式，则根据相应的控制策略控制辅机设备启动。
5.如权利要求4所述的一种抽水蓄能电站辅机系统自动控制方法，其特征在于：所述输入参数包括水泵、油泵或空压机的开关量和模拟量，通过开关量信号动作或模拟量信号进入阈值死区范围判断是否满足触发条件。
6.如权利要求1-5任一所述的一种抽水蓄能电站辅机系统自动控制方法，其特征在于：辅机设备启动或停止的触发条件是当“开关量动作信号”和“模拟量进入阈值死区范围”两者逻辑或的结果为真时，将启动或停止辅机设备的指令输出至控制环节。
7.如权利要求1-5任一所述的一种抽水蓄能电站辅机系统自动控制方法，其特征在于：所述辅机设备按照主备运行方式，辅机设备设置多台，并根据辅机控制系统的控制来实现启动和关停。
8.如权利要求1-7所述的一种抽水蓄能电站辅机系统自动控制方法，其特征在于：所述自动控制模式还包括循环运行模式，所述辅机控制系统运行在循环运行模式下，辅机控制系统按照辅机设备的运行次数或时间切换运行辅机设备。
9.如权利要求8所述的一种抽水蓄能电站辅机系统自动控制方法，其特征在于：在循环运行模式下，按设备运行次数循环是指对辅机设备按次序逐台循环完成从启动至停止的工作过程；按设备运行时间是指对辅机设备按设定运行时间阈值逐台循环完成从启动至停止的工作过程。
10.如权利要求1-9任一所述的一种抽水蓄能电站辅机系统自动控制方法，其特征在于：辅机控制系统在手动控制模式下由操作人员通过控制设备控制辅机设备运行。
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