CN202628203U

CN202628203U - 一种小型发电汽轮机组一体化控制系统

Info

Publication number: CN202628203U
Application number: CN 201220213085
Authority: CN
Inventors: 王兴强; 王兴璞; 叶强; 李咸全; 于钧; 苏道国
Original assignee: SHANDONG LUYE RELIABLE ELECTRIC AUTOMATION CO Ltd
Current assignee: SHANDONG LUYE RELIABLE ELECTRIC AUTOMATION CO Ltd
Priority date: 2012-05-12
Filing date: 2012-05-12
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2022-05-12

Abstract

一种小型发电汽轮机组一体化控制系统，它包括若干汽轮机数字电液调节系统以及通过以太网与之分别连接的工程师站和操作员站；所述汽轮机数字电液调节系统包括中央处理器、数据采集模块、阀门控制模块、转速测量模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、开关量输入模块和开关量输出模块，所述中央处理器通过接入以太网与工程师站和操作员站连接，所述数据采集模块分别与中央处理器、阀门控制模块、转速测量模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、开关量输入模块和开关量输出模块连接。本实用新型通过对多台机组组成小型网进行统一控制，使其相互协调配合，共同增减负荷，共同承担小型网负荷变化，以此来确保小型电网的频率稳定。

Description

一种小型发电汽轮机组一体化控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种小型发电多机组协调控制技术，具体地说是一种小型发电汽轮机组一体化控制系统。

背景技术

目前国家提倡节能环保，钢铁行业的二次能源利用越来越普及，通过燃气-蒸汽联合循环发电，减轻了企业用电负担，提高了能源利用率。但机组的分装机容量相对比较小，组成小型网运行后，对大负荷用电设备的启停其稳定性和抗干扰能力相对较弱，要求组网机组之间的协调出力应对能力提高。现大多数小机组都通过厂区升压站与地区电网并网运行，存在发电上网负荷受限，发电潜能还不能充分释放问题。采用多机组组小型独立电网为厂区部分区域供电，不仅能充分发挥发、用电的最优化、经济运行，而且提高了能源利用，降低了企业成本，其效益明显，市场推广非常广阔。

实用新型内容

针对上述不足，本实用新型提供了一种小型发电汽轮机组一体化控制系统，其能够对多台机组小型网进行统一控制并使其相互协调配合，共同增减负荷，共同承担小型网负荷变化，确保稳定频率。

为解决上述问题，本实用新型采用以下技术方案：一种小型发电汽轮机组一体化控制系统，其特征是，包括若干汽轮机数字电液调节系统、工程师站和操作员站；所述汽轮机数字电液调节系统通过以太网分别与工程师站和操作员站连接；所述汽轮机数字电液调节系统包括中央处理器、数据采集模块、阀门控制模块、转速测量模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、开关量输入模块和开关量输出模块，所述中央处理器通过接入以太网与工程师站和操作员站连接，所述数据采集模块分别与中央处理器、阀门控制模块、转速测量模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、开关量输入模块和开关量输出模块连接。

优选地，所述以太网包括以太网交换机。

优选地，所述汽轮机数字电液调节系统包括两个中央处理器和成对数据采集模块，所述汽轮机数字电液调节系统的两个中央处理器均通过两个以太网网络与工程师站和操作员站连接，所述汽轮机数字电液调节系统的成对数据采集模块分别与阀门控制模块、转速测量模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、开关量输入模块和开关量输出模块连接，且成对数据采集模块的任一数据采集模块分别与汽轮机数字电液调节系统的两个中央处理器连接。

优选地，所述工程师站包括计算机主机以及与之连接的显示器、键盘、鼠标和打印装置。

优选地，所述操作员站包括计算机主机以及与之连接的显示器、键盘、鼠标和打印装置。

进一步地，所述汽轮机数字电液调节系统的中央处理器包括CPU、给定值输入模块、PID控制器和超速保护控制器；所述给定值输入模块、PID控制器和超速保护控制器分别与CPU连接。

本实用新型的有益效果是：该系统既能保证组网机组在大负荷启停的正常波动时，通过控制系统协调发电机组出力来平衡，又能对较大负荷变化（大电机启动、停机）提前做预调准备，有效避免网络崩溃，确保小型电网安全稳定运行。本实用新型通过对多台机组小型网进行统一控制，使其相互协调配合，共同增减负荷，共同承担小型网负荷变化，以此来确保小型电网的频率稳定。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的一种小型发电汽轮机组一体化控制系统，其特征是，包括1号DEH至N号DEH等若干汽轮机数字电液调节系统、两个以太网交换机、工程师站和操作员站；所述汽轮机数字电液调节系统分别通过两个以太网交换机与工程师站和操作员站连接；所述每个汽轮机数字电液调节系统包括两个中央处理器和成对数据采集模块，所述汽轮机数字电液调节系统的两个中央处理器均通过两个以太网网络与工程师站和操作员站连接，所述汽轮机数字电液调节系统的成对数据采集模块分别与阀门控制模块、转速测量模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、开关量输入模块和开关量输出模块连接，且成对数据采集模块的任一数据采集模块分别与汽轮机数字电液调节系统的两个中央处理器连接。所述工程师站和操作员站均包括计算机主机以及与之连接的显示器、键盘、鼠标和打印装置。

该系统设计了一种小型网控制的优化控制策略，提高调速控制响应速度，优化设计DEH硬件，通过理论分析和实践，表明该控制方案能提高小型网频率的稳定性和动态响应特性，满足小型网控制的要求。

汽轮机数字电液调节系统DEH主要的任务是控制汽机转速、机组负荷以及排汽压力等参数。DEH系统接受现场输入信号，如OPS（转速）、MW（功率）、PC(抽汽压力)以及运行人员通过LCD发出的各种控制指令等，经过内部的运算送出阀位的设定控制信号去控制电液转换器；通过液压系统及执行机构控制高压调门的开度，完成对汽机进行起动、升速、并网、带负荷、抽汽压力调节等功能；还能对各种运行工况作出相应的操作、保护、控制、监视等，以确保汽轮发电机组的安全可靠运行。

优化后汽轮机DEH系统的技术指标如下：

转速控制范围：40转/分～3500转/分，精度(1转/分)；

负荷控制范围：0～115％，精度0.5%；

转速不等率：3～6％；

抽汽不等率：5～10％；

油动机关闭时间〈0.5秒；

升速率控制精度：(1r/min);

甩额定负荷时转速超调量：(9％额定转速)；

调节转速的迟缓率≯0.06%；

系统平均无故障时间：MTBF>20000小时；

系统可用率：99.9%；

DEH系统装置运行环境0－40℃，相对湿度10～90％（无凝结）；

系统具有防干扰措施，抗现场各种电磁波及通讯设备的干扰；

机柜内每种类型I/O模件都有10％的备用量，每个机柜都有10％的模件插槽备用量，DPU处理器负荷率<30％，存贮器负荷率<50％，通讯负荷率<40％；

DPU按1:1冗余配置，当主DPU故障，能自动无扰切换至备用DPU。

下面对DEH控制系统的原理及部件进行详细介绍

一、DEH装置

电调控制系统(DEH)能满足客户的高可靠性要求。通过对调门、旋转隔板抽汽的开度调节，应用比例和积分的闭环控制对转速和负荷进行可靠准确地控制。

DEH是一个分散型处理系统，采用高可靠性冗余的高速数据通讯网络，两条高速数据通讯网络同时运行，以保证即使一条出故障时，数据通讯照样畅通无阻。

DEH系统的硬件可分为：分散型处理单元(DPU)即中央处理器、相关I/O 输入输出卡件、端子板、冗余电源、操作员站和工程师站、后备手操盘。

每个DPU可以独立于总线高速公路。使用EEPROM存储DPU的应用程序，一旦发生断电，可以保存存储器中的软件，使系统尽快恢复。

DPU中的应用软件是以功能块形式编制，类似于功能框图，且完全透明，这种程序使控制工程师能够很方便地修改程序以满足不同的要求。操作员站作为操作员和系统之间的主要接口，通过标准键盘和鼠标器来控制LCD的显示软件输入数据，能在LCD上获得运行数据和信息，在系统出现报警时可把报警数据和信息打印记录下来。

工程师站与操作员站除有相同的功能外，还可用来装载各种支持系统的数据库文件以及高速数据通讯网络上各站的图表。电厂工作人员可以从工程师站获得所有应用程序，并拷贝在软、硬盘上存储起来，必要时可按需要对程序修改或删除，同样用户图形也可以修改、删除或按需建立新图。

操作员站与控制DPU通过数据高速公路相连。I/O卡与控制DPU之间，通过I/O网相连。当控制DPU以上的设备发生故障时，均可由后备手操盘直接控制阀门位置。手动/自动之间的切换，对系统的控制来说均是无扰的。在自动情况下，操作员主要通过操作员站的鼠标和键盘，进行各种控制操作和画面操作。操作员指令传到控制DPU，由I/O卡执行输出控制。

DEH系统现场信号如转速、压力、行程等通过输入、输出卡件送到控制处理器进行运算，运算的结果通过输入、输出卡件送到现场设备完成控制任务。由于采用数字控制，因此控制任务的实现是在计算机上进行编程来解决。信息的显示是以图形或报表的形式出现，十分直观。

数字控制系统包括数据采集（DAS）、数字电液调节系统（DEH）、汽机跳闸保护系统（ETS）和汽轮机安全检测系统（TSI）。采用以LCD为中心的操作和控制方式。数字控制系统设置有完善的系统引导，操作员站上电后，系统无需运行人员干预即可正常启动至控制画面。

二、控制系统DEH控制逻辑优化

在DEH中引入小型网运行控制状态，当转速偏差超过一定范围时，DEH自动进入小网控制状态。这种设计能够同时适应并大网运行和小型网独立运行的要求。

1、设计快速一次调频和二次调频。DEH将与一次调频相关的转速采样，转速三值优选，一次调频计算，调速指令输出都设置为快速运行，运行周期小于50ms，转速采样和模拟量输出模块采用高速硬件，使控制周期小于100ms，电网调度人员通过人工或自动手段，控制调频机组调速系统给定值，完成二次调频过程：二次调频采用PID控制器，其设定点为额定转速3000r/min，反馈变量为机组实际转速。二次调频的输出与当前给定值的叠加，作为一次调频的给定值。

（1）、按照负荷需求变化率做前馈，实现调门的开度。在非小型网状态时，前馈取负荷需求延时两秒，当小型网调节器进入自动方式时，延时取消，前馈取当前负荷需求。实现进入小型网时的调门快速动作。

（2）、利用转速迅速攀升，计算出转速加速度，来实现快速的一次调频。

通过以上两点输出相叠加，能够保证调门基本维持到能量平衡时，调门所对应的开度，最后再加上二次调频的作用，转速更加趋向稳定。

2、设计智能OPC卡。在小型网控制时，采用转速加速度计算预估的转速最高值，当预估的转速最高值高于OPC设定值时，提前动作OPC。由于OPC动作回路比调节阀动作回路要快200ms左右，这种设计将大大减小转速飞升。取消103％动作的固定性，当工况进入小型网运行状态时，将103％动作固定值抬高，在103％动作时，由于汽轮机满负荷，这时如果调门关的太慢，容易让汽轮机超过3300，而引起停机。或者因为小型网运行负荷较小，起停大型设备都可能造成转速大幅度波动。从而引起OPC反复动作，将大型设备烧坏。

3、减小DEH控制周期，在控制系统中，设计直接接在IO总线上的伺服卡，省去了输出卡的环节，控制器的控制周期减小到50ms，转速卡的测量时延减小到1ms，整个系统的时延在51ms内，由此产生的转速飞升减少80%以上。

Claims

1.一种小型发电汽轮机组一体化控制系统，其特征是，包括若干汽轮机数字电液调节系统、工程师站和操作员站；所述汽轮机数字电液调节系统通过以太网分别与工程师站和操作员站连接；所述汽轮机数字电液调节系统包括中央处理器、数据采集模块、阀门控制模块、转速测量模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、开关量输入模块和开关量输出模块，所述中央处理器通过接入以太网与工程师站和操作员站连接，所述数据采集模块分别与中央处理器、阀门控制模块、转速测量模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、开关量输入模块和开关量输出模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种小型发电汽轮机组一体化控制系统，其特征是，所述以太网包括以太网交换机。

3.根据权利要求1所述的一种小型发电汽轮机组一体化控制系统，其特征是，所述汽轮机数字电液调节系统包括两个中央处理器和成对数据采集模块，所述汽轮机数字电液调节系统的两个中央处理器均通过两个以太网网络与工程师站和操作员站连接，所述汽轮机数字电液调节系统的成对数据采集模块分别与阀门控制模块、转速测量模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块、开关量输入模块和开关量输出模块连接，且成对数据采集模块的任一数据采集模块分别与汽轮机数字电液调节系统的两个中央处理器连接。

4.根据权利要求1所述的一种小型发电汽轮机组一体化控制系统，其特征是，所述工程师站包括计算机主机以及与之连接的显示器、键盘、鼠标和打印装置。

5.根据权利要求1所述的一种小型发电汽轮机组一体化控制系统，其特征是，所述操作员站包括计算机主机以及与之连接的显示器、键盘、鼠标和打印装置。

6.根据权利要求1至5任一项所述的一种小型发电汽轮机组一体化控制系统，其特征是，所述汽轮机数字电液调节系统的中央处理器包括CPU、给定值输入模块、PID控制器和超速保护控制器；所述给定值输入模块、PID控制器和超速保护控制器分别与CPU连接。