水电厂计算机监控共106页.ppt

单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,*,,,,,,,,,单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,,,*,水电厂计算机监控,,,,主 讲：余 波,副教授,,,水电厂计算机监控,,参考教材：,,,陈光大. 计算机监控系统. 武汉水利电力大学出版社,,,,王定一. 水电厂计算机监视与控制. 中国电力出版社,,,DL/T5065-2019,,水力发电厂计算机监控系统设计,规定,,课程内容,水电厂计算机监控系统的结构和性能指标,,数据采集和处理,,微机调速器,,励磁调节器,,LCU,,人机联系,,AGC和AVC,,通讯技术,,电厂控制级,,梯级水电厂的控制,,第一章 绪 论,1.1 水电厂计算机监控系统发展概况,,1.2 水电厂计算机监控方式的演变,,1.3 水电厂计算机监控系统的功能,,1.4 实现计算机监控可取的效益,,1.5 少人值班和“无人值班”（少人值守）问题,,1.1 水电厂计算机监控系统发展概况,一、,实现水电厂计算机监控缘由,,提高电厂自动化水平、保证安全稳定,,经济运行,,电厂规模大，功能复杂,,计算机技术发展日臻完善,,,1.1 水电厂计算机监控系统发展概况,二、,国外发展概况,,二十世纪70年代取得实质性进展，出现了计算机控制的水电厂。

先是由一台计算机实现对主要工况的监视和操作，逐步进入到由多台小型机实现闭环控制法国基本上实现了无经常值班人员，大厂采用在家值班方式梯级实现集中监控、联合调度日本大部分实现无人值班，厂级控制规模不大，而设有规模较大的地区控制所美国大小电站多，大型电站采用庞大的功能复杂的监控系统二十世纪70年代就采用分层分布控制事件分辨率达1ms现广泛采用监控系统,,1.1 水电厂计算机监控系统发展概况,二、,国外发展概况,,美国大小电站多，大型电站采用庞大的功能复杂的监控系统二十世纪70年代就采用分层分布控制事件分辨率达1ms现广泛采用微机监控系统由于水电厂在系统中地位重要，都保留少量值班人员加拿大由于电厂容量大，气候环境恶劣，人少，监控系统水平较高1.1 水电厂计算机监控系统发展概况,二、,国外发展概况,,发展中国家（巴西、委内瑞拉、阿根廷等）近年来也大量采用计算机监控研究开发监控系统的公司：加拿大的CAE、瑞士德国的ABB、德国的西门子、法国的ALSTOM、日本的日立和东芝、美加的贝利、奥地利的依林1.1 水电厂计算机监控系统发展概况,二、,国内发展概况,,二十世纪70年代末起步南自、长办、华工开始对葛洲坝监控系统的研究。

水科院开始对富春江监控系统的研究天传所开始对永定河梯级监控系统的研究同时大力开展引进工作,,近十年成效显著，达到国际90年代水平典型代表：EC2000、NC2000、H9000,,1.2 水电厂计算机监控方式的演变,一、,常规为主，计算机为辅（CASC）,,计算机可靠性受置疑、性价比低，电厂直接控制功能由常规控制完成，计算机仅作监视、记录、打印和一些离线处理功能少性能低，自动化水平提高有障碍代表：富春江自动化一期（20世纪80年代上半期）1.2 水电厂计算机监控方式的演变,二、,计算机和常规双重监控（CCSC）,,计算机可靠性有所提高、性价比有所改善，电厂同时配置相互独立的计算机监控系统和常规控制系统，两套系统可切换，互为备用新建厂不采用）,,原因：心理障碍，人员习惯；计算机系统检修时可启用常规系统；对已有常规系统的电站改造容易缺点：投资大、二次接线复杂可靠性反而低,,代表：葛洲坝大江、龙羊峡1.2 水电厂计算机监控方式的演变,三、以,计算机为基础的监控（CBSC）,,计算机可靠性和性价比进一步提高，电厂主要控制系统采用计算机监控系统，常规控制部分大大简化目前广泛采用）,,特点：采用冗余技术提高可靠性，中控室仅设计算机监控系统的值班员操作台，模拟屏成为辅助监控手段甚至取消。

代表：漫湾水电厂,1.2 水电厂计算机监控方式的演变,四、全计算机监控方式,,CBSC方式的延伸，是以计算机为唯一监控设备的全计算机监控方式特点：中控室无常规集中控制设备，机旁无自动操作盘，不考虑机旁自动操作系统可靠性、冗余度要求极高代表：隔河岩水电厂,1.2 水电厂计算机监控方式的演变,五、趋势,,,,状态检修,,,,控制、维护和管理集成系统,,1.3 水电厂计算机监控系统的功能,,,计算机监控系统的功能与装机容量、台数、电厂在系统中的地位和承担的任务有关1.3 水电厂计算机监控系统的功能,一、数据采集和处理,,,电量：应在中控室中监视的参数,,,非电量：温度、液位、压力、流量、振动、摆度等,,1.3 水电厂计算机监控系统的功能,二、开关量监视记录和事件顺序记录（SOE）,,,开 关 量：机组工况、开关位置、事故故障信号,,事件顺序记录：对重要信号动作顺序的记录，便于事故分析1.3 水电厂计算机监控系统的功能,三、事故追忆和故障录波,,,,发生事故时，对一些与事故有关的参数的历史值和事故期间的采样值进行显示和打印如线路及机组的电压、电流和频率1.3 水电厂计算机监控系统的功能,四、正常的控制和操作,,,机组工况转换；,,同期；,,倒闸操作；,,功率调节；,,辅助设备控制等。

1.3 水电厂计算机监控系统的功能,五、紧急控制和恢复控制,,,本机事故或故障时的操作；,,电力系统事故或故障时的操作；,,系统恢复稳定后，对机组的恢复控制1.3 水电厂计算机监控系统的功能,六、自动发电控制（AGC）,,在满足各项限制条件的前提下，以迅速、经济的方式控制整个水电厂的有功功率来满足电力系统的需要主要内容：,,计算最佳运行台数和组合；,,确定运行机组台号；,,运行机组间的负荷经济分配；,,校核各项限制条件1.3 水电厂计算机监控系统的功能,七、自动电压控制（AVC）,,在满足电厂和机组各种安全约束条件下，比较高压母线电压实测值和设定值，根据不同运行工况对全厂的机组做出实时决策（改变励磁），或改变联络变压器分接头有载调节位置，以维持高压母线电压设定值，并合理分配厂内各机组的无功功率，尽量减少水电厂的功率消耗1.3 水电厂计算机监控系统的功能,八、人机接口（HMI）,,是运行人员监控全厂生产过程，维修人员管理、维护、开发监控系统的必需手段主要内容：,,系统控制权的设置和切换；机组及重要设备的状态设置；测点和设备的投运；参数整定值和限值的修改；电厂运行方式的设置和切换；调各种画面；各类打印和报表；操作票显示和修改；机组启停和工况转换操作；断路器及隔离开关的开断、关合操作；机组有功无功的调整；AGC和AVC功能设置和参数设定；故障和事件报警处理。

1.3 水电厂计算机监控系统的功能,九、通讯,,监控系统与网调、梯调、水情测报系统、溢洪闸门控制系统、大坝安全监测系统、航运管理系统、厂内技术管理系统等的通讯；,,监控系统内部通讯厂级,LCU,调速、励磁、同期,,1.3 水电厂计算机监控系统的功能,十、自诊断,,,及时发现自身故障并指出故障部位当监控系统程序锁死或失控时，自动恢复到原来的运行状态1.3 水电厂计算机监控系统的功能,十一、仿真培训,,在不涉及电厂生产设备的情况下，对电厂运行和检修人员进行基本知识技能、模拟操作和事故处理等方面的培训，以提高水电厂人员的素质，保证水电厂安全运行代表：委内瑞拉古里水电厂、中国葛洲坝水电厂1.3 水电厂计算机监控系统的功能,十二、自动处理水电厂事故,,,,在事故情况下代替人以科学规则和准则为基础，,,,自动寻求最佳处置策略，以期达到最佳效果1.4 实现计算机监控可取得的效益,一、提高安全运行水平,,,,强大的数采和处理能力弥补了人的缺陷，能迅速,,,发现异常，以便及时采取措施，防止事故的发生1.4 实现计算机监控可取得的效益,二、实现经济运行,,,,通过AGC可优化电厂、机组的工作状态，达到多发,,,,电，少耗水的目的。

1.4 实现计算机监控可取得的效益,三、减少运行值班人员,,,,强大的数采和处理能力减少了人的工作强度和工,,,作量因此可大大减少运行值班人员，相应的生活和文,,,化设施也大大减少最终走向少人和无人值班1.5 少人值班和“无人值班” (少人值守)问题,一、客观上需要,,,,水电厂大多位置偏远、工作生活环境差；,,附属设施多，人员膨胀厉害；,,社会进步对人精神文化方面的冲击；,,技术人员流失严重；,,电厂、机组容量增大，功能复杂1.5 少人值班和“无人值班” (少人值守)问题,二、无人值班和“无人值班”(少人值守)的含义,,,,无人值班,,在家值班和远方集中值班；定期巡视或有事应召无人值班”(少人值守),,值班人员在厂外，厂内保留少数“值守”人员进行日常维护、巡视检查、检修管理、现场紧急事故处理等1.5 少人值班和“无人值班” (少人值守)问题,三、国内外情况,,,,国外以法国为代表,,,,国内逐步开始实施,,1.5 少人值班和“无人值班” (少人值守)问题,四、实现无人值班和“无人值班”(少人值守)的条件和方式,,条 件：,,主辅设备安全可靠，能长期稳定运行；,,基础自动化系统完善可靠；,,已建立全厂自动化系统，能监、控、录；,,素质良好的运行人员队伍；,,完整的科学管理制度。

1.5 少人值班和“无人值班” (少人值守)问题,四、实现无人值班和“无人值班”(少人值守)的条件和方式,,方 式：,,梯调集中控制，各厂实现“无人值班”（少人值守）；,,上级调度所直接监控水电厂，实现“无人值班”（少人值守） ；,,小厂按流量（水位）或日负荷曲线自动运行，实现“无人值班”（少人值守）；,,第二章 水电厂计算机监控系统的结构和性能指标,2.1 水电厂计算机监控系统结构的演变,,2.2 水电厂的分层分布式监控系统,,2.3 水电厂计算机监控系统的几种实用模式,,2.4 水电厂计算机监控系统的基本要求和主要,,性能指标,,2.1 水电厂计算机监控系统结构演变,一、集中式监控系统,,全厂由一台或两台计算机进行集中监控备用方式： 冷备用方式； 温备用方式；热备用方式,,特 点：计算机负荷重可靠性低，故障影响面大电缆多，故障多典 型：,,20世纪70年代美国石河段水电厂计算机监控系统适用于容量小、台数少、控制功能简单的电厂2.1 水电厂计算机监控系统结构演变,二、功能分散式监控系统,,监控系统的各项,功能,由多台计算机分别完成如：,,数采机； 调整控制机；,,事件记录机； 通讯机。

由于功能分散，计算机负荷小，可采用微机系统仍然存在信息过于集中的缺点一旦某单工设备出现故障，有可能全厂功能因此将全部丧失2.1 水电厂计算机监控系统结构演变,三、分层分布式监控系统,,分布式监控系统是按控制,对象,进行分散，（如：机组；开关站；公用设备；闸门等）并按控制对象设置单独的控制单元（LCU）同时分布式系统与分层系统结合——将现地控制单元组成为现地控制级（层），另外再设置电厂级（层）监控系统负责全厂性的功能，从而构成分层分布式监控系统特 点：某机组LCU故障，不影响全厂运行；信息分布而不是集中处理，电缆敷设少2.2 水电厂的分层分布式监控系统,一、分层控制的优、缺点,,,底层不涉及全系统性的功能，响应快，减轻控制中心负担；,,系统某部分故障不易波及全部，分层之间还可相互备用；,,信息传送量少，电缆少，控制、传输设备要求低，系统价格下降；,,变更和扩展性强，可分阶段实施；,,计算机多而配置能更好地与功能要求相适应；,,,整个系统控制较复杂，通常须采取迭代式控制；,,系统软件复杂，需要很好协调2.2 水电厂的分层分布式监控系统,二、水电厂的分层控制,,,水电厂是庞大的电力系统的分层控制系统中的基层。

但是因其本身的复杂性也采用分层控制水电厂分层控制模型：,,驱动层,,功能组控制层,,机组控制层,,电厂控制层,,2.2 水电厂的分层分布式监控系统,三、网络结构问题,,水电厂的分层分布式控制通常采用计算机局域网进行相互之间的信息交换其速度快、纠错力强、可靠性高、扩充性好、传输距离长、支持用户量大、投资低网络结构：,,星形网,,环形网,,总线网,,2.2 水电厂的分层分布式监控系统,四、开放式系统问题,,定 义： 不同厂家的设备可以通过其设备特征对系统是透明的,,方式在功能上实现集成中心点：遵守共同的软件接口、网络通讯接口、用户操作,,接口等标准（IEEE、ISO、IEC）,,特 点： 体系结构模块化；模块接口标准化；功能处理分布化；,,应用软件可移植；不同系统之间可操作优 点： 系统的开放性、可升级性、可扩展性，系统升级换代,,的低成本2.2 水电厂的分层分布式监控系统,五、分布式人机工作站,,,过 去： 采用终端式人机工作站主机负荷大，距离短、速,,度受影响，工作站数量受硬件限制现 在： 采用基于网络通讯和微机的分布式人机工作站克,,服了上述缺点2.2 水电厂的分层分布式监控系统,六、开放式分层全分布式系统,,,,主要是以分布式数据库为特征。

2.3 水电厂计算机监控系统的几种实用模式,,,,见p24～p32,,,2.4 水电厂计算机监控系统的基本要求和主要性能指标,,一、实时性（即响应速度）,,,,数采时间；,,人机接口响应时间；,,现地单元响应命令时间；,,AGC/AVC执行周期；,,双机切换时间2.4 水电厂计算机监控系统的基本要求和主要性能指标,,二、可靠性/可利用率,,,,事故平均间隔时间（ MTBF ）；,,平均停运时间（MDT） ；,,平均检修时间（MTTR）；,,可利用率A= MTBF / （ MTBF+ MDT） 2.4 水电厂计算机监控系统的基本要求和主要性能指标,,三、可维修性,,四、系统安全性,,五、可适应性或可扩展性,,六、简单性和经济性,,七、使用寿命,,,第三章 数据采集和处理,3.1 数据采集中的数据分类,,3.2 水电厂信息源及其特征,,3.3 水电厂数据采集要求,,3.4 数据处理要求,,3.5 传感器、变送器,,3.6 数据采集的实现,,3.7 水电厂计算机监控系统中的数据库,,第三章 数据采集和处理,3.1 数据采集中的数据分类,,,,通常按照信号性质的不同把它们分为：,,模拟量（电气、非电气、温度）,,开关量（中断型开关量、非中断型开关量 ）,,脉冲量、数字量,,第三章 数据采集和处理,3.2 水电厂信息源及其特征,,水电厂信息源分类方法可按设备分布位置、设备对象或控制系统结构进行划分。

尤以按设备对象划分最普遍如：,,发电电动机、励磁系统、发电机端和中性点、变压器、断路器和开关、水轮机/水泵、调速系统、引水系统、厂用电系统、全厂公用设备、开关站、外部系统等信息源特征同3.1）,,第三章 数据采集和处理,3. 3 水电厂数据采集要求,,一、实时性,,对各类信息的采集有不同的采样周期二、可靠性,,主要指抗干扰和防错纠错措施第三章 数据采集和处理,3. 4 水电厂数据处理要求,,一、模拟量处理要求,,包括预防回路断线及断线检测功能、信号抗干扰、数字滤波、误差补偿、数据有效性合理性判断、标度换算、梯度计算、越复限判断及越限报警，最后经格式化处理后形成实时数据并存入实时数据库,二、开关量处理要求,,包括光电隔离、接点防抖动处理、硬件及软件滤波、基准时间补偿、数据有效性合理判断、启动相关量处理功能(如启动事故顺序记录、发事故报警音响、画面自动推出以及自动停机等)，最后经格式化处理后存入实时数据库第三章 数据采集和处理,3. 4 水电厂数据处理要求,,三、脉冲量处理要求,,包括接点防抖动处理、数据有效性合理判断、标度变换、检错纠错处理，经格式化处理后存入实时数据库四、数字量处理要求,,包括光电隔离、数字滤波、码制变换、数据有效性合理性判断、标度变换、检错纠错处理，经格式化处理后存入实时数据库。

第三章 数据采集和处理,3. 5 传感器、变送器,,,,,功 能：将被测物理量转换成电气参数来实现对物理量的检测类 型：温度、压力、液位、流量、位移、转速、振动摆度,,第三章 数据采集和处理,3. 6 数据采集的实现,,,,,水电厂的数据采集主要通过现地控制单元的硬件与软件的结合来实现现在普遍采用板卡、模块与相应的软件结合，通过参数设置即可进行数据采集的实现例：利用组态王和研祥CPL726板卡结合实现DI、DO、D/A,,第三章 数据采集和处理,3. 7 水电厂计算机监控系统中的数据库,,,,一、数据库概述,,,定义：数据库系统是由实现有组织地动态地存储大量关联数据，为多种应用服务，方便用户访问的计算机软硬件资源组成的系统特点：数据结构化；冗余小；数据与程序的独立性高；统一的数据控制功能（安全性、完整性、并发控制等）模式结构：外模式（子模式）、模式（概念模式）、内模式（存储模式）第三章 数据采集和处理,3. 7 水电厂计算机监控系统中的数据库,,,,一、数据库概述,,数据模型：分为层次、网状和关系型均含数据结构、数据操作和完整规则三要素数据库管理系统：在数据库系统中，用于对数据库及系统资源进行统一管理和控制的软件。

定义：数据库系统是由实现有组织地动态地存储大量关联数据，为多种应用服务，方便用户访问的计算机软硬件资源组成的系统第三章 数据采集和处理,3. 7 水电厂计算机监控系统中的数据库,,,,二、水电厂计算机监控系统中数据库应用的特殊问题,,在水电厂计算机监控系统中，现广泛采用分布式数据库同时又分为主控层和现地单元层数据库一）、主控层数据库,,按主机、工程师站、操作员站、网关等分别建立数据库其中实时数据库和历史数据库或SCADA数据库是监控系统中受到广泛关注的重要数据库第三章 数据采集和处理,3. 7 水电厂计算机监控系统中的数据库,,,,二、水电厂计算机监控系统中数据库应用的特殊问题,,（一）、主控层数据库,,内 容：模拟量、开关量、数字量和脉冲,,主 控 层 量实时数据库,,生成步骤：数据记录的输入或修改；数据库,,下装文件的生成,,,第三章 数据采集和处理,3. 7 水电厂计算机监控系统中的数据库,,,,二、水电厂计算机监控系统中数据库应用的特殊问题,,（一）、主控层数据库,,内 容：报表和趋势显示数据有快速（高频,,采样）和普通（普频采样）,,主 控 层,,历史数据库,,生 成：历史数据库文件的编辑；对源文件的,,编译并下装到目标站,,第三章 数据采集和处理,3. 7 水电厂计算机监控系统中的数据库,,,,二、水电厂计算机监控系统中数据库应用的特殊问题,,（二）、现地控制单元实时数据库,,现地控制单元实时数据库包含有本单元的全部数据记录，以保证该单元脱离系统能独立运行。

同时还有各种功能模块或算法，以形成该单元软件的中心环节数据记录类型和结构,,模拟点数据记录结构：通道、转换、采样周期控制、极限检测,,信息、说明信息和索引信息数字点数据记录结构：通道、采样周期控制、索引信息、点状态值、点状态值报警定义、报警级别及控制项,,第四章 微机调速器,4. 1 概 述,,4. 2 微机调速器原理,,4. 3 典型的微机调速器,,第四章 微机调速器,4. 1 概 述,,一、微机调速器国内外发展情况,,,,起源于20世纪80年代，发展迅速，国内外基本同步第四章 微机调速器,4. 1 概 述,,二、微机调速器主要功能,,1、自动调节与控制基本功能,,2、特殊功能,,故障诊断和处理,,离线诊断,,容错控制（主要采用冗余技术）,,计算机辅助试验功能,,事故记录功能,,与上位机通讯功能,,第四章 微机调速器,4. 1 概 述,,三、微机调速器的主要技术指标,,,GB/T9652.1-2019水轮机调速器与油压装置技术条件,,GB/T9652.2-2019水轮机调速器与油压装置试验验收规程,,,第四章 微机调速器,4. 2 微机调速器的工作原理,,一、微机调速器的系统结构,,,1、微机调节器加电液随动系统结构,,2、具有中间接力器的调速器系统结构,,调节器＋电液伺服装置＋机械液压随动系统,,3、用电机控制的微机调速器系统结构,,调节器＋电气伺服装置＋机械液压随动系统,,第四章 微机调速器,4. 2 微机调速器的工作原理,,二、微机调节器的工作原理及硬件配置,,,,从系统结构来看，微机调速器和模拟电调的主要区别在于：前者用工业控制计算机、单片机或可编程控制器取代了后者所用的电子调节器。

正是由于这一取代，使水轮机调速器不仅可以实现PID调节，而且可以方便地实现更高级的控制策略，同时在控制算法上也有所不同第四章 微机调速器,4. 2 微机调速器的工作原理,,二、微机调节器的工作原理及硬件配置,,（一）微机调节器的控制算法,,目前的微机调节器就其调节规律来说大多数是PID型,,连续PID算法,,,离散化的数字PID表达式（位置型算法）,,第四章 微机调速器,4. 2 微机调速器的工作原理,,二、微机调节器的工作原理及硬件配置,,（一）微机调节器的控制算法,,增量型PID算法,,,实用的PID算法,,第四章 微机调速器,4. 2 微机调速器的工作原理,,二、微机调节器的工作原理及硬件配置,,（一）微机调节器的控制算法,,考虑在并网之后按永态转差系数,bp,作有差调节后的算法,,,,第四章 微机调速器,4. 2 微机调速器的工作原理,,（二） 、微机调节器的硬件配置及工作原理,,带数液随动系统的增量型数字PID微机调速器控制系统原理框,,图,,,第四章 微机调速器,4. 2 微机调速器的工作原理,,（二）、微机调节器的硬件配置及工作原理,,硬件结构实例图,,第五章 微机励磁调节器,5. 1 概 述,,5. 2 微机励磁调节器的工作原理,,5. 3 典型的微机励磁调节器,,（略）,,第六章 计算机同步装置,6. 1 采用计算机同步装置的必要性,,6. 2 计算机同步装置的基本原理,,6. 3 与同步有关的几个问题,,6. 4 计算机同步装置实例,,第七章 机组的顺序操作,7. 1 概述,,7. 2 机组及辅助设备的自动化要求,,7. 3 机组自动操作,,第七章 机组的顺序操作,7. 1 概述,,机组的顺序操作是LCU自动控制的组成部分，是监控的基础。

任务：按给定的运行命令自动按规定顺序控制机组的调速、励磁、同步和机组自动化元件，实现工况的转换常规机组运行状态：,停机,发电,调相,,第七章 机组的顺序操作,7. 2 机组及辅助设备的自动化要求,,一、机组润滑系统,,二、,机组,冷却系统,,三、水轮机密封和排水系统,,四、机组制动系统,,五、压水调相系统,,第七章 机组的顺序操作,7. 2 机组及辅助设备的自动化要求,,一、机组润滑系统,,自循环润滑系统,,系统工作简单，仅要求设置油槽油位信号器，并按规定整定和动作强迫油循环润滑系统,,多用于卧式机组 ，油泵设主备用，主管上设电动阀，高位油箱设溢油管，轴承油槽设油位信号器第七章 机组的顺序操作,7. 2 机组及辅助设备的自动化要求,,二、机组,冷却系统,,轴承冷却系统,,润滑油（水）同时取冷却作用，冷却器水管装示流信号器，轴承设温度信号器和传感器，,,水轮发电机冷却系统,,,1、空冷式 冷却水供水总管设自动操作阀，冷却器水管装示流信号器，进出口设风温温度传感器，定转子绕组和铁芯设温度信号器和传感器2、水冷式,,3、蒸发冷却式,,第七章 机组的顺序操作,7. 2 机组及辅助设备的自动化要求,,三、,水轮机密封和排水系统,,主轴密封,,设密封润滑水电磁阀，示流信号器，主备用润滑水切换，（水泵密封无上述要求）。

检修密封,,,围带式设充气、排气电磁阀顶盖排水有自流式和水泵排水方式，水泵需设主备用泵第七章 机组的顺序操作,7. 2 机组及辅助设备的自动化要求,,四、,水轮发电机制动系统,,机械制动,,用低压压缩空气系统在转速下降到一定值时顶制动闸电气制动,,,发电机解列、灭磁后将其出口三相短路，利用外部电源供给转子恒定电流以产生电磁制动转矩（发电机内部故障不能使用） 转速达（50~60％）n,r,时投入，转速达（5~20％）n,r,时投机械制动,,水力制动,,用于冲击式机组 第七章 机组的顺序操作,7. 2 机组及辅助设备的自动化要求,,五、,机组压水调相系统,,,机组调相时打开给气阀压水，水位达下限时关闭阀，水位达上限时再开机组调相时补气阀长开，以免给气阀动作频繁第七章 机组的顺序操作,7. 3 机组自动操作,,机组自动操作控制方式的演变：,,继电器逻辑控制,晶体管无触点控制,IPC和PLC控制,,第七章 机组的顺序操作,7. 3 机组自动操作,,IPC和PLC顺序控制方式,,,,通过微机的外围设备中的开关量、模拟量输入模板采集有关的信息，由CPU进行计算、分析和逻辑判断，将处理结果转换成像继电器通、断一样的输出信号，再去控制机组及其辅助系统、调速系统、励磁系统、同步装置等设备。

第七章 机组的顺序操作,7. 3 机组自动操作,,一、输入/输出配置,,机组顺序控制的输入/输出配置与机型、容量、辅助设备配置、运行方式等有关通常电厂采用接点配置表方式提供给系统集成供应商典型的机组顺序操作I/O接点表（P145~P148）,,第七章 机组的顺序操作,7. 3 机组自动操作,,二、顺序操作程序的设计原则,,,人员发出操作命令后，可自动按预定流程完成全部操作，也可在人的干预下进行单步操作停机命令优先于发电和调相命令，在开机、发电或调相态时，均可执行停机令，并禁止其他操作操作过程中的每步操作均设启动判断条件，满足执行下一步，不满足中断操作并作相应处理操作过程中的每个命令，均检查执行情况当操作失败使设备处于不允许的运行状态，采取相应的控制，使设备进入某稳定的运行状态若机组、设备事故，或运行状态变化，不允许操作继续，则自动中断过程使程序退出第七章 机组的顺序操作,7. 3 机组自动操作,,三、机组操作流程,,停机转发电（p149）,,发电转停机（p151）,,发电转调相（p152）,,调相转发电（p153）,,停机转调相：停机转发电＋发电转调相,,调相转停机：调相转发电＋发电转停机,,第七章 机组的顺序操作,7. 3 机组保护与信号,,四、机组操作流程,,水力机械事故保护,,温度过高或事故低油压时进入事故停机,,调速系统事故进入事故停机,,发电机内部事故进入事故停机,,紧急事故保护,,事故停机过速或剪断销剪断，事故闸门或主阀动作,,水力机械故障保护,,温度越限、油槽油位异常、冷却水中断，发故障信号,,第八章 现地控制单元,8. 1 概述,,8. 2 功能,,8. 3 结构类型,,8.4 典型实例,,第八章 现地控制单元,8. 1 概述,,,LCU是水电厂计算机监控系统的基础，是安全运行的关键所在。

担负与生产过程联系、采集信息，实现对生产过程的控制；向厂级传送信息，并接受其指令LCU包括机组、开关站、公用设备和闸门等的LCULCU的特点：,,模块化设计，接线简单，可靠性可维护性强；,,有计算处理和存储功能,,可变性 、可扩充性强,,可置于生产过程设备附近，节省电缆、投资,,可实现自诊断,,可进行趋势分析判断,,可对冗余设备实现自动选择和操作,,第八章 现地控制单元,8. 2 功 能,,数字采集功能,,数据处理功能,,控制与调节功能,,通讯功能,,时钟同步功能,,自诊断和自恢复功能,,人机接口功能,,第八章 现地控制单元,8. 3 结构类型,,一、以高性能可编程控制器为基础,,控制器＋智能I/O＋冗余现场总线＋模拟量采集装置,,控制器,,CPU+存贮器＋通讯模块＋电源模块,,智能I/O,,有自己的CPU、存贮器、现场总线通讯接口、各种I/O板,,第八章 现地控制单元,8. 3 结构类型,,二、以工控机或微处理器为基础,,（一）工控机或微处理器＋一般I/O＋智能I/O结构,,由主控制器（ CPU＋通讯模板＋I/O模板）、子控制器（远程I/O、调速、励磁、保护等，）和现场总线组成。

二）工控机或微处理器＋一般I/O结构,,各种I/O信号均通过I/O接口板直接与I/O板连接，所有模拟量信号均通过变送器连接模拟量输入通道控制输出通过继电器隔离输出国外采用工控机直接上网方式，国内以前需令配工业微机上网（原因是以前的工业单板机不能直接上网）第八章 现地控制单元,8. 3 结构类型,,三、工业微机加PLC,,此种方式在国内较多原 因：,,当初人们对以微机为基础的LCU不放心，PLC可靠且易掌握；,,以前的PLC不能上网优 点：,,能使用流行的操作系统和软件；人机界面丰富；现地数据库功能强,,缺 点：,,多一个微机环节，其故障影响大；温度测量装置直接与微机通讯，使PLC对温度的响应延迟第九章 人机联系,（略）,,第十章 AGC和AVC,10.1 电力系统的AGC,,10.2 水电厂的AGC,,10.3 电力系统的AVC,,10.4 水电厂的AVC,,第十章 AGC和AVC,10.1 电力系统的AGC,,一、基本任务和内容,,电力系统负荷变动会导致系统频率变化调速器进行一次性调节（过渡过程10s左右） 但其ep值会导致频率出现静差；,,消除频率静差的方式是用负荷频率控制器进行二次性调节（启动周期10s左右）。

但厂间、机组间负荷的分配可能不经济；,,负荷经济分配为三次性调节（启动周期几分钟）；,,电力系统的AGC属于二次性调节IEEE定义：,,,AGC指根据系统频率、输电线路负荷变化或它们之间的关系的变化，对某一规定地区内发电机有功功率进行调节，以维持计划预定的系统频率和/或与其他地区商定的交换功率在一定限值之内电力系统的AGC包括地区控制误差（ACE）的形成和ACE的分配第十章 AGC和AVC,10.1 电力系统的AGC,,二、地区控制误差的形成,,ACE=(P,A,-P,S,)-10B[(f,A,-f,S,)+K,T,(T,A,-T,S,)],,规定：向外送出功率为正，发电功率超过负荷需要时ACE为正对ACE的处理：,,加死区，消除随机干扰；,,加限幅和,,加平滑滤波同时加切换,,第十章 AGC和AVC,10.1 电力系统的AGC,,三、地区控制误差的分配,,按比例分配，分配系数为PF,i,(I=1,2,…N)强制性控制方式,,各厂控制误差PCE,i,,PCE,i,=P,Gi,-B,Gi,+PF,i,[ACE+ Σ(B,Gk,-P,Gk,)],,各厂控制误差之和ΣPCE,i,＝ACE。

当ACE为零时，各电厂带基本负荷此方式各电厂对控制信号的响应并不正比于ACE，因此，各厂的动作有可能与ACE不协调，造成过多的调整控制第十章 AGC和AVC,10.1 电力系统的AGC,,三、地区控制误差的分配,,允许性控制方式,,各厂控制误差PCE,i,,PCE,i,=P,Gi,-B,Gi,+PF,i,[ACE+ Σ(B,Gk,-P,Gk,)],,仅当PCE,i,的符号与ACE相通时，才向该电厂发送ACE（而不是PCE,i,）电厂接收PCE或ACE后还需形成电厂需发功率通常采用数字积分器进行积分第十章 AGC和AVC,10.2 水电厂的AGC,,一、基本任务和内容,,水电厂的AGC是电力系统AGC的子系统任务,,在满足各项限制的前提下，以迅速、经济的方式控 制整个电厂的有功功率来满足系统的需要系统需要系统——要求本厂发的功率包括基本负荷、系统调频所需功率控 制整个电厂的有功功率——不仅要对已运行机组进行控制，而且要控制机组的合理启停迅速性——在不干扰一次性调节的前提下尽量快在已运行机组间的调整周期为10s左右，按经济性原则改变数及其组合的调整周期取1~2s经济性——在满足各项限制的条件下，用最小的流量发出所需的电厂功率。

第十章 AGC和AVC,10.2 水电厂的AGC,,一、基本任务和内容,,水电厂的AGC是电力系统AGC的子系统内容,,根据给定的电厂需发功率，考虑到旋转备用容量的需要、系统负荷变化趋势，计算当前水头下电厂的最佳运行机组数和组合按可靠、安全经济的原则确定应运行的机组台号在应运行机组间经济分配负荷校核各种限制条件，如机组的空蚀振动区、下游最小允许流量等第十章 AGC和AVC,10.2 水电厂的AGC,,二、数学模型和算法,,水电厂的AGC是电力系统AGC的子系统水轮机组合效率曲线交点法,,功率反馈法,,动态规划法,,开停机指标数法,,等微增率法,,拉格朗日算子法,,,,xiexie!,谢谢！,。