CN212210610U - 一种电力在线监测分析优化平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电力在线监测分析优化平台，包括网络通信装置I，网络通信装置Ⅱ，它还包括电厂监控系统、电网监控系统、电力监测分析优化系统，电厂监控系统1通过网络通信装置I与电力数据网络双向连接；电力数据网络的一端通过网络通信装置I与电网监控系统双向连接、另一端通过网络通信装置I与电力监测分析优化系统的输入端相连接；电网监控系统的输出端依次通过电力数据网络、网络通信装置Ⅱ与电力监测分析优化系统的输入端相连接。本实用新型通过对电厂和电网多源、海量数据的远程实时采集处理、分析，实现了机组状态监测诊断、供热负荷与调峰能力预测，通过远程自动测试为发电机组并网性能分析与优化提供了有效的技术手段和方法。

Description

一种电力在线监测分析优化平台

技术领域

本实用新型涉及一种优化平台，尤其涉及一种电力在线监测分析优化平台。

背景技术

随着随机不稳定的风电、光伏等新能源大量接入电网等因素，电网构架日益复杂，加之需求侧用电负荷峰谷差日益增大，厂网运行调整难度增加；火电企业为了适应电力市场需要，开展了如灵活性供热调峰等改造进行深度调峰，各种因素致使机组故障概率大大增加。为了保证电网安全稳定运行和实现绿色调度，对机组的并网性能、供热调峰能力及机组安全性能等要求变得更高。

汽轮发电机组在线监测系统TDM主要对机组进行振动监测分析，缺少结合机组控制系统中的过程量如润滑油温、瓦温、配汽方式、蒸汽压力、蒸汽温度等运行参数进行综合分析、诊断和故障预测、预警；基于振动数据和过程量数据，远程实现机组运行状态监测诊断与故障预测技术有待解决。

供热机组采暖期不同时间尺度的热负荷需求、机组供热能力和调峰能力的准确预测，机组负荷的精准调度，都基于准确的气象数据，现有技术缺乏对专业部门气象数据的收集和分析。

对发电机组的并网性能测试、分析、优化通常是在现场人工测试或基于网频波动的监测，人工测试时机组参数与正常运行时同一工况参数有偏差，影响对机组实际性能评估；网频波动时现有技术电网考核指标计算结果与机组真实性能也存在偏离；远程测试和自动记录，以及结合监测系统RTU和PMU数据与机组控制系统DCS过程量数据，对并网性能差的原因进行综合分析等诸多技术有待改进和解决。

综上所述，提供一种基于多源数据的在线监测、分析评价、综合诊断、远程测试与分析优化的技术方案是该领域亟需解决的技术问题。

实用新型内容

为了解决上述现有技术所存在的不足，充分利用电网调度和电厂多源数据，利用电网调度和电厂信号可双向传输的特点，本实用新型提供了一种电力在线监测分析优化平台。

为了解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种电力在线监测分析优化平台，包括网络通信装置I、网络通信装置Ⅱ，它还包括电厂监控系统、电网监控系统、电力监测分析优化系统，电厂监控系统1通过网络通信装置I与电力数据网络双向连接；电力数据网络的一端通过网络通信装置I与电网监控系统双向连接、另一端通过网络通信装置I与电力监测分析优化系统的输入端相连接；电网监控系统的输出端依次通过电力数据网络、网络通信装置Ⅱ与电力监测分析优化系统的输入端相连接；

电厂监控系统包括并网性能监测系统、机组振动监测系统、机组厂级监测系统；并网性能监测系统的一端通过信号传输模块与机组控制系统双向连接、另一端与网络通信装置I双向连接；机组控制系统、机组振动监测系统、机组厂级监测系统分别与网络通信装置I的输入端相连接；

电网监控系统包括气象监测服务系统、电网调度系统、电力数据中心；气象监测服务系统通过电网调度系统与电力数据中心的输入端相连接；电力数据中心的输出端与电力数据网络相连接；电网调度系统与网络通信装置I双向连接；

电力监测分析优化系统包括数据采集处理模块、数据分析模块、展示模块；数据采集处理模块的输出端通过数据分析模块与展示模块相连接、输入端分别与网络通信装置I、网络通信装置Ⅱ相连接。

进一步地，网络通信装置I包括交换机、光端机、纵向加密装置、路由器；网络通信装置II为防火墙，保证系统数据的远程正确传输和电力系统整体网络信息安全。

进一步地，并网性能监测系统包括远程终端监测单元RTU、同步相量测量单元PMU；远程终端监测单元RTU接受电网监控系统4下发的机组AGC指令，同步相量测量单元PMU接受电网监控系统4下发的频差指令。

进一步地，信号传输模块包括4～20mA标准信号模拟量输入模块、模拟量输出模块、开关量输入模块、开关量输出模块。

进一步地，机组控制系统为电厂主网、辅网集成控制系统，其通过采集前置机汇总辅网系统运行数据。

进一步地，机组振动监测系统为汽轮发电机组振动分析系统TDM，其采集汽轮发电机组振动监测系统TSI的毫秒级数据进行振动频谱分析并与边缘计算工作站相连接。

进一步地，数据采集处理模块的一端通过网络通信装置I与电厂监控系统相连接、另一端通过网络通信装置Ⅱ与电网监控系统相连接。

本实用新型通过对电厂和电网多源、海量数据的远程实时采集处理、分析和应用，实现了机组状态监测诊断、供热负荷与调峰能力预测，通过远程自动测试为发电机组并网性能分析与优化提供了有效的技术手段和方法。

本实用新型实现了更为全面的包括机组控制系统DCS、机组振动监测系统TDM、机组厂级监测系统SIS、并网性能监测系统和专业部门气象、电网调度系统多源数据的采集和应用；构建了基于振动数据和过程量数据的机组远程运行状态监测与故障综合诊断平台，解决了现有电厂TDM系统不能在线分析机组控制系统DCS中过程量数据的技术问题；构建了基于机组热负荷数据和专业部门气象数据的供热调峰监测平台，对用户热负荷需求、机组供热能力及调峰能力不同时间尺度的预测和电热负荷优化分配更加准确及经济；构建了基于RTU和PMU数据与机组控制系统DCS过程量数据的并网性能测试、计算分析及诊断优化系统，实现远程测试与结果自动记录、性能指标计算、对比及性能差的原因综合诊断与优化，提高机组并网性能及电网性能考核的合理性。

附图说明

图1为本实用新型的整体连接结构示意图。

图2为电厂监控系统的结构示意图。

图3为电网监控系统的结构示意图。

图4为电力监测分析优化系统的结构示意图。

图中：1、电厂监控系统；2、网络通信装置I；3、电力数据网络；4、电网监控系统；5、网络通信装置Ⅱ；6、电力监测分析优化系统；11、并网性能监测系统；12、信号传输模块；13、机组控制系统；14、机组振动监测系统；15、机组厂级监测系统；41、气象监测服务系统；42、电网调度系统；43、电力数据中心；61、数据采集处理模块；62、数据分析模块；63、展示模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

如图1～4所示的一种电力在线监测分析优化平台，包括网络通信装置I2、网络通信装置Ⅱ5，它还包括电厂监控系统1、电网监控系统4、电力监测分析优化系统6，电厂监控系统1通过网络通信装置I2与电力数据网络3双向连接；电力数据网络3的一端通过网络通信装置I2与电网监控系统4双向连接、另一端通过网络通信装置I2与电力监测分析优化系统6的输入端相连接；电网监控系统4的输出端依次通过电力数据网络3、网络通信装置Ⅱ5与电力监测分析优化系统6的输入端相连接；电厂监控系统1将设备运行数据经网络通信装置I2通过电力数据网络3发送至电力监测分析优化系统6；电网监控系统4将并网运行数据经网络通信装置Ⅱ5通过电力数据网络3传输至电力监测分析优化系统6；电厂监控系统1与电网监控系统4可实现数据的双向传输；

如图2所示，电厂监控系统1包括并网性能监测系统11、机组振动监测系统14、机组厂级监测系统15；并网性能监测系统11的一端通过信号传输模块12与机组控制系统13双向连接、另一端与网络通信装置I2双向连接；机组控制系统13、机组振动监测系统14、机组厂级监测系统15分别与网络通信装置I2的输入端相连接；

如图3所示，电网监控系统4包括气象监测服务系统41、电网调度系统42、电力数据中心43；气象监测服务系统41通过电网调度系统42与电力数据中心43的输入端相连接；电力数据中心43的输出端与电力数据网络3相连接；电网调度系统42与网络通信装置I2双向连接；

气象监测服务系统41为电网调度提供气象预报、天气实况及卫星云图等数据的系统。电力数据中心43汇集气象监测服务系统41和电网调度系统42数据，并发送至电力监测分析优化系统6。气象监测服务系统41基于气象多普勒雷达、卫星云图等现代观测手段和地面自动气象站以及MM5(中尺度数值预报模式系统)预报服务，为电网调度提供气象预报、天气实况及卫星云图等数据，电网气象数据库服务器建立在电网调度中心作为电网监控系统4的一部分，与专业部门气象科技服务中心进行数据实时同步，实现多种气象要素的实时监测和预报。

电力数据中心43采集存储气象监测服务系统41和电网调度系统42数据，并发送至电力监测分析优化系统6，用于并网性能计算、分析，供热负荷需求预测，供热能力预测，调峰能力即电网可调度发电负荷范围计算，为热电负荷分配优化和电网调度深度调峰提供依据和数据参考。

如图4所示，电力监测分析优化系统6包括数据采集处理模块61、数据分析模块62、展示模块63；数据采集处理模块61的输出端通过数据分析模块62与展示模块63相连接、输入端分别与网络通信装置I2、网络通信装置Ⅱ5相连接。

网络通信装置I2包括交换机、光端机、纵向加密装置、路由器；网络通信装置II5为防火墙，保证系统数据的远程正确传输和电力系统整体网络信息安全。本技术方案依据电力信息安全防护要求，采用网络数据交换及网络通信安全防护装置如网络通信装置I2、网络通信装置II5，同时在机组控制系统13、机组振动监测系统14、机组厂级监测系统15、并网性能监测系统11的数据采集通道加装隔离装置，保证系统数据的远程正确传输和电力系统整体网络信息安全。

并网性能监测系统11包括远程终端监测单元RTU、同步相量测量单元PMU；远程终端监测单元RTU接受电网监控系统4下发的机组AGC指令，通过信号传输模块12发送至机组控制系统DCS13从而调节机组负荷跟踪AGC指令，并采集机组运行参数如负荷调节速率、负荷上下限值、实际负荷、AGC投入与退出、AGC允许、AGC方式等数据上传至电网监控系统4，电网监控系统4进行AGC性能指标计算，同时电网监控系统4将采集到的上述数据发送至电力监测分析优化系统6；机组控制系统13也将上述运行数据和其它相关数据如主汽压、滑压设定值、汽轮机综合阀位、总煤量、给水流量、风量、主汽温度、背压、抽汽流量等实时上传至电力监测分析优化系统6，进行AGC性能指标计算、对比、分析与诊断优化；

电网下发的AGC负荷指令须在机组最低稳燃负荷与额定负荷之间，变化幅度5％Pe、10％Pe和15％Pe额定负荷，电力监测分析优化系统6自动记录测试数据，实现远程自动测试、计算与分析。

同步相量测量单元PMU接受电网监控系统4下发的频差指令，通过信号传输模块12发送至机组控制系统DCS13调节机组负荷维持电网频率稳定，高频减载、低频加载，并采集机组运行参数如机组转速、键相、调频投入与退出、调频动作、CCS方式、DEH阀位方式、负荷等数据上传至电网监控系统4，电网监控系统4进行调频性能指标计算，同时电网监控系统4将采集到的上述数据发送至电力监测分析优化系统6；机组控制系统13也将上述运行数据和其它相关数据上传至电力监测分析优化系统6，进行调频性能指标计算、分析与诊断优化。

频差测试负荷下限须大于机组最低稳燃负荷，频差变化一般在-0.233Hz～+0.233Hz之内，持续时间大于1分钟，但频差变化须大于±0.033Hz，以保证机组安全和频差测试有效。

信号传输模块12包括4～20mA标准信号模拟量输入模块、模拟量输出模块、开关量输入模块、开关量输出模块。RTU和PMU仅能采集并网性能相关数据，机组设备大量运行数据由机组控制系统13采集并上传至电力监测分析优化系统6，现有技术DCS和电网监控系统4不能实现并网性能的智能分析与诊断优化。

机组控制系统13为电厂主、辅网集成控制系统，通过采集前置机汇总包括热网、脱硫、脱硝、除尘、化学、输煤等辅网系统运行数据，基本涵盖电厂绝大部分运行数据，为电力监测分析优化系统6的大数据分析提供完备数据源。

机组振动监测系统14为汽轮发电机组振动分析系统TDM，其采集汽轮发电机组振动监测系统TSI的毫秒级数据进行振动频谱分析并与边缘计算工作站相连接，计算数据量大，由于现有技术TDM计算性能及存储容量限制，建立边缘计算工作站，为电厂提供快速响应近端数据存储和应用，同时减少由于大量数据传输对电力数据网络3的带宽占用；采用实时发送和召唤相结合的方式，在机组启动过程和事件分析中灵活切换使用，减少对电力监测分析优化系统6存储和计算资源的占用；采取事件驱动的方式在边缘计算工作站和电力监测分析优化系统6中记录运行数据，以便进行事件分析和故障模型修正及故障预测、预警。

机组厂级监视系统SIS15采集机组供热负荷数据经热负荷监测终端上传至电力监测分析优化系统6，用于机组供热负荷预测和调峰能力预测。热负荷预测和调峰能力计算对供热负荷数据采集的实时性要求并不高，SIS系统能够满足且减少对网络资源的占用。

数据采集处理模块61的一端通过网络通信装置I2与电厂监控系统1相连接、另一端通过网络通信装置Ⅱ5与电网监控系统4相连接。数据采集处理模块61接收电厂监控系统1和电网监控系统4上传至电力监测分析优化系统6的主要参数如机组振动、供热负荷、发电负荷、调频动作及频差、机组运行参数、运行方式及状态、设备状态参数、气象数据、AGC负荷指令、频差指令、网频等及其它参数；进行突变点检验、标准差效验等数据准确性甄别，滤波、去重、奇异值分解、标准化规约与集成等数据清洗和预处理。例如，对数据突变、超出正常范围、采集中断、冗余和关联数据偏差越限等，进行时间序列53H检验和粗范围检验组合、时间序列检验和冗余检验组合、时间序列检验和相关检验组合的数据准确性自动甄别；平滑及中值滤波、去重、空值填补、奇异值分解、标准化规约与集成等数据清洗和预处理。

数据分析模块62对机组振动监测系统14上传的振动及分析数据与机组控制系统13上传的过程量如汽轮发电机组润滑油温、瓦温、蒸汽压力、蒸汽温度、调门开度、配汽方式、机组功率等数据进行关联分析如FP-growth、负荷工况k-means聚类、贝叶斯分类与故障ARMA回归建模；基于运行参数异动搜索算法对机组运行状态监测分析、预警；将时间序列的趋势项、周期项和随机项分解出来，实现基于时间序列的故障预测；实现机组远程监测分析与故障综合诊断，解决现场分析完全依赖专业人员的不足，提高远程分析诊断的及时性和准确性。

数据分析模块62结合机组厂级监视系统15经热负荷监测终端上传的供热负荷数据与气象监测服务系统41经电力数据中心43上传的气象数据进行BP神经网络热负荷预测，对于周、月和年预测，数据步长为1小时和1天，特征参数为天气温度、风速等级、日期类型、前一天同一时刻或日平均的供热抽汽热量，输出值为该时刻或某天的平均供热抽汽热量，天气温度为预测或历史均值；基于热负荷预测的可发电负荷范围即调峰能力预测。依据用户热负荷需求预测机组调峰能力作为电网调度负荷参考；厂级热负荷与发电负荷优化分配。

数据分析模块62对电网监控系统4发送的AGC负荷指令调节过程数据和机组控制系统13发送的AGC负荷指令调节过程数据分别进行并网调频性能指标计算，如调节速率、调节精度、响应时间、综合指标等；对比分析两者结果，自动对机组对象建模与参数辨识，基于各性能指标结果调整控制参数和改进控制策略，优化机组控制系统，提高机组AGC性能及电网性能考核的合理性。

数据分析模块62对电网监控系统4发送的频差指令调节过程数据进行并网调频性能指标计算，如调频负荷变化幅度、调频响应滞后时间、调频稳定时间、调频响应速度、出力响应指数、电量贡献指数；对影响因素如机组计算频率与电网频率偏差、调频动作前机组负荷、主蒸汽压力、机组阀门开度、同时刻AGC调节方向、机组运行方式、主汽调门流量特性、主汽压力偏差、调频动作时频率偏差等因果关联分析，构建神经网络模型和变异特征向量反向求解；给出原因分析和优化策略；改进并网性能指标考核算法，提高机组调频性能及电网调频性能考核的合理性。

展示模块63对电力监测分析优化系统6中的实时数据、分析结果数据以图、表、曲线的方式显示出来，尤其是多源数据自动关联展示，聚类、分类、智能算法图形化建模展示，测试自动对比分析及诊断优化结果展示。

电力监测分析优化系统6采用大数据平台硬件架构，实现多源、海量数据清洗、分析挖掘与计算、可视化展现等应用，为系统性能实时监测和全面、可靠、精准分析与预测提供灵活强大的硬件支持。

上述实施方式并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本实用新型的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种电力在线监测分析优化平台，包括网络通信装置I(2)、网络通信装置Ⅱ(5)，其特征在于：它还包括电厂监控系统(1)、电网监控系统(4)、电力监测分析优化系统(6)，所述电厂监控系统(1)通过网络通信装置I(2)与电力数据网络(3)双向连接；所述电力数据网络(3)的一端通过网络通信装置I(2)与电网监控系统(4)双向连接、另一端通过网络通信装置I(2)与电力监测分析优化系统(6)的输入端相连接；所述电网监控系统(4)的输出端依次通过电力数据网络(3)、网络通信装置Ⅱ(5)与电力监测分析优化系统(6)的输入端相连接；

所述电厂监控系统(1)包括并网性能监测系统(11)、机组振动监测系统(14)、机组厂级监测系统(15)；所述并网性能监测系统(11)的一端通过信号传输模块(12)与机组控制系统(13)双向连接、另一端与网络通信装置I(2)双向连接；所述机组控制系统(13)、机组振动监测系统(14)、机组厂级监测系统(15)分别与网络通信装置I(2)的输入端相连接；

所述电网监控系统(4)包括气象监测服务系统(41)、电网调度系统(42)、电力数据中心(43)；所述气象监测服务系统(41)通过电网调度系统(42)与电力数据中心(43)的输入端相连接；所述电力数据中心(43)的输出端与电力数据网络(3)相连接；所述电网调度系统(42)与网络通信装置I(2)双向连接；

所述电力监测分析优化系统(6)包括数据采集处理模块(61)、数据分析模块(62)、展示模块(63)；所述数据采集处理模块(61)的输出端通过数据分析模块(62)与展示模块(63)相连接、输入端分别与网络通信装置I(2)、网络通信装置Ⅱ(5)相连接。

2.根据权利要求1所述的电力在线监测分析优化平台，其特征在于：所述网络通信装置I(2)包括交换机、光端机、纵向加密装置、路由器；所述网络通信装置Ⅱ(5)为防火墙，保证系统数据的远程正确传输和电力系统整体网络信息安全。

3.根据权利要求2所述的电力在线监测分析优化平台，其特征在于：所述并网性能监测系统(11)包括远程终端监测单元RTU、同步相量测量单元PMU；远程终端监测单元RTU接受电网监控系统(4)下发的机组AGC指令，同步相量测量单元PMU接受电网监控系统(4)下发的频差指令。

4.根据权利要求3所述的电力在线监测分析优化平台，其特征在于：所述信号传输模块(12)包括4～20mA标准信号模拟量输入模块、模拟量输出模块、开关量输入模块、开关量输出模块。

5.根据权利要求4所述的电力在线监测分析优化平台，其特征在于：所述机组振动监测系统(14)为汽轮发电机组振动分析系统TDM，其采集汽轮发电机组振动监测系统TSI的毫秒级数据进行振动频谱分析并与边缘计算工作站相连接。

6.根据权利要求5所述的电力在线监测分析优化平台，其特征在于：所述数据采集处理模块(61)的一端通过网络通信装置I(2)与电厂监控系统(1)相连接、另一端通过网络通信装置Ⅱ(5)与电网监控系统(4)相连接。

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