浙职院水电站计算机监控技术与应用课件第1讲 概述

水电站计算机监控技术与应用专业：发电厂及电力系统国内外发展现状；监控方式的演变；小型水电站的现状。减员增效；优化运行；安全稳定；竞价上网；简化设计等。水电站综合自动化的内涵；水电站实施综合自动化改造的基本原则；水电站综合自动化改造分步实施的思想。

第一讲概述发展概况目的意义经济实用；

简单可靠。系统特点综合自动化

发展概况1.1发展概况多媒体技术应用

巨大的模拟显示屏正在逐渐被计算机显示器所代替；

常规操作盘基本上已被计算机监控系统的值班员控制台所取代；运行人员的操作已从过去的扭把手、按开关转为计算机键盘和鼠标操作。

安全经济运行

水电站越来越多，其容量也越来越大，如正在建设的三峡水电站，总装机容量高达18200MW。需要经常监测的量成千上万，需要实现的控制功能也越来越复杂。

布尔逻辑型自动装置越来越难以胜任

计算机在水电站中的应用早在20世纪70年代，计算机已开始应用于水电站它经历了一段从低级到高级，从顺序控制到闭环调节控制，从局部控制到全厂控制，从电能生产领域扩展到水情测报等各个方面，从监控到实现经济运行。运行人员工作性质的转变

从过去的日常监盘和频繁操作转变为巡视，经常的监测和控制调节工作都由计算机系统去完成。

运行人员的劳动强度大大减轻，人数也大大减少，甚至出现了无人值班或“无人值班”（少人值守）的水电站。总之，采用计算机监控已成了水电站自动化的主流。

我国水电站计算机监控系统的研制工作起步并不晚。

早在70年代末－80年代中期南京自动化研究所长江流域规划办公室葛洲坝华中科技大学引进了一些国外研制的监控系统：葛洲坝大江电厂、隔河岩水电站和龚嘴梯调——CAE公司产品十三陵抽水蓄能电厂和天荒坪抽水蓄能电厂——贝利公司小浪底水电站——依林公司。从20世纪70年代起，计算机监控在国外一些水电站上取得了实质性的进展，出现了用计算机控制的水电站。

加拿大的CAE公司瑞士和德国的ABB公司德国的西门子公司法国的ALSTOM公司（原CEGELEC公司）日本的日立公司和东芝公司美国和加拿大的贝利公司奥地利的依林（ELIN）公司

主目录1.1.1国内外发展现状

小型水电站现状发展现状监控方式演变1.1.2水电站计算机监控方式的演变

主目录小型水电站现状监控方式演变计算机与常规控制装置双重监控方式

以常规控制装置为主、计算机为辅以计算机为

基础的监控方式

取消常规设备的全计算机控制方式

监控方式

发展现状常规控制为主

双重监控方式

计算机为主各种方式的层次结构Computer-AidedSupervisoryControl，简称CASC1Computer-ConventionalSupervisoryControl，简称CCSC。2Computer-BasedSupervisoryControl，简称CBSC。3ComputerSupervisoryControl，是CBSC的延伸。4全计算机控制

Computer-AidedSupervisoryControl，简称CASC

以常规控制装置为主、计算机为辅的监控方式计算机只起监视、记录打印、经济运行计算、运行指导等作用，水电站的直接控制功能仍由常规控制装置来完成。对计算机可靠性的要求不是很高，即使计算机局部发生故障，水电站的正常运行仍能维持，只是性能方面有所降低。国内采用这种控制方式的典型例子依泰普水电站（巴西和巴拉圭）和富春江水电站（80年代上半期）。这种控制方式的缺点是，功能和性能都比较低，并对整个水电站自动化水平的提高有一定的限制，目前新建水电站已很少采用。对已运行的水电站，尤其是在中小型水电站，在常规监控系统的基础上，加一点专用功能的全厂自动化装置，如自动巡回检测和数据采集装置，按水流或负荷调节经济运行装置等，也可取得很好的技术经济效益，投资也不大，对运行管理水平要求不太高，这种CASC方式还是可以采用的。国外也有不少这样的例子。计算机与常规控制装置双重监控方式

两套控制系统之间可以切换，互为备用，保证系统安全可靠运行。采用这种方式的原因是：

大型水电站，对计算机系统的可靠性仍有较大的顾虑，总觉得计算机系统没有常规系统可靠，设一套常规系统作后备。

1原来的水电站运行值班人员习惯于常规设备的操作，不熟悉计算机系统的操作，需要一段适应过程。

2计算机系统检修时，常规系统可以投入运行，不影响水电站的正常运行。

3如果水电站已有常规系统，加设计算机监控系统可以减少干扰，不影响电厂的正常运行。这一点对已运行水电站的改造有现实意义。

4计算机与常规控制装置双重监控方式

缺点由于需要设置两套完整的控制系统，投资比较大；

由于两套系统并存，相互之间要切换，二次接线复杂，可靠性反而有所降低。目前新建水电站已很少采用这种控制方式。实例国外采用这种方式的典型例子是美国邦纳维尔第二电厂（558MW）和巴斯康提抽水蓄能电厂（2100MW）。国内采用这种控制方式的典型例子是葛洲坝大江电厂（1750MW）和龙羊峡水电站（1280MW）。

以计算机为基础的监控方式（CBSC）此种方式的特点典型例子

采用此方式时，常规控制部分可以大大简化，平时都采用计算机控制。1采用此种方式时，中控室仅设置计算机监控系统的值班员控制台，模拟屏成为辅助监控手段，可以简化甚至取消。2这种控制方式是目前国内外水电站普遍采用的计算机控制方式。

3国外：美国大古力水电站（6150MW），委内瑞拉古里水电站（10000MW）、法国孟德齐克抽水蓄能电厂（920MW)。

国内：漫湾水电站（1250MW）。

取消常规设备的全计算机控制方式

典型例子：

我国隔河岩水电站（1200MW），采用CAE公司的产品

特点：

它是CBSC方式的延伸。取消了中控室常规的集中控制设备，机旁也取消了自动操作盘。中控室还保留模拟显示屏，但其信息取自计算机系统，不考虑在机组控制单元（计算机型的）发生故障时进行机旁的自动操作。对计算机系统的可靠性提出更高的要求，冗余度也要进一步提高。这种方式投资比较大，但它有良好的应用前景，将成为未来的水电站计算机控制方式的主流。主目录小型水电站现状监控方式演变1.1.3小型水电站现状小型水电站

监控方式等的研究下苇甸水电站

发电综合控制装置（GCU）

早期的研制

国电自动化研究院

石景山发电总厂

20世纪90年代中期

大、中型水电站

“五合一”装置

国电南京自动化公司等

水利部亚太小水电中心

调速

励磁顺控同期测量系列产品SDJK

DZWX

SSJ3000

CSCS

SD200发展现状主目录小型水电站现状监控方式演变SDJK系列水电站计算机监控系统

SDJK系列水电站计算机监控系统

:结构合理

采用分层分布式结构，系统层次清晰、结构灵活、实用性强、扩展方便、性能价格比高。

扩展灵活

软硬件均采用模块化设计，可灵活配置，并留有充足的备用和可扩充容量，并能与调度系统联网通信。

功能较强

采集、处理、监视和控制功能具备；人机界面友好；强有力的事故追忆和顺序事件记录（SOE）功能。

性能可靠

多重冗余、隔离、软硬件数字滤波、防触点抖动、防误操作、自诊断、自恢复、双重闭锁、防雷和抗干扰。

发展现状专门针对农村小型水电站（AC400V630kW及以下低压机组）的设备配套及运行特点而开发的。

1

简化设计，将二次测量、控制、保护设备与一次电气设备同组一屏，即对电站配置来说，只需一机一屏。2

取消自动调速器，只需电手动两用操作器或电动机，完成机组的自动同期并网及功率调节。3智能控制器完成机组的残压测频、电站控制、调节操作及电站运行状态的采集。

4上位机软件自行开发，人机界面友好，根据实际情况，可方便地对画面、参量、编号进行修改或重新定义；

5主目录小型水电站现状监控方式演变DZWX系列低压机组智能型控制系统

DZWX系列低压机组智能型控制系统

发展现状主目录小型水电站现状监控方式演变SSJ-3000水电站计算机监控系统

SSJ-3000适用于中、小型水力发电厂的运行监视、控制调节和运行管理自动化。

可靠性高、功能强、人机界面友好、可扩性好；

数据采集和处理；生产过程的操作控制；故障登陆、报警；辅机设备的启停；隔离开关、断路器的分合；自动完成机组开机、停机过程；运行监视和事件报警；相应的保护功能；机组有功功率、无功功率、频率的自动调节；远动通信；状态监视；统计记录；操作票管理等。发展现状主目录小型水电站现状监控方式演变SD200水电站自动化系统采用全开放、模块化结构设计，能实现数据采集与处理、机组顺控、自动准同步、调速、励磁、功率调节控制等功能；采用了当今已成熟的先进技术和器件，如WINNT操作系统、DSP数字信号处理器、CAN现场总线技术、以太网技术和INTERNET技术等；适合各种容量等级，不同功能要求的水电站，可与各种微机保护装置，变电站微机监控装置，县、地级调度中心系统等配套供货。其部分功能也可构成独立装置使用，如机组顺控装置、微机自动准同步装置、微机温度巡检/保护装置、微机交流电量采集装置、闸门监控系统等，操作方便，配置灵活。发展现状主目录小型水电站现状监控方式演变SJK-3000系统发展现状SJK-3000系统

西安理工大学水力机械及自动化研究所的科研人员与许继电气集团合作与1998年研制成功的新产品;1999年4月通过了国家电力公司和经贸委机械局组织的“两部”鉴定。该系统采用了“工业控制微机+现场总线网络+PCC*现地控制单元”的结构模式，以WindowsNT下的工业组态软件为开发平台，实现了SCADA编程，从而构成了基于现场总线的分布式全开放水电站计算机监控系统。该系统的最大特点是结构简单且硬件采用标准化工控产品，即使上位机出现故障，现地PCC控制单元仍可正常工作，极大地提高了系统本身的可靠性。除具备实时监测、实时控制与调节、运行管理、远程通信等功能外，通过现场总线与调速、励磁及保护装置连接后，便可构成水电站综合自动化系统，这为用户提供了极大的方便。目的意义1.2水电站计算机监控的目的和意义

水电站计算机监控的目的和意义，就是通过对电站各种设备信息进行采集、处理，实现自动监视、控制、调节、保护，从而保证水电站设备充分利用水能安全稳定运行，并按电力系统要求进行优化运行，保证电能的质量，同时减少运行与维护成本，改善运行条件，实现无人值班或少人值守。

1.2水电站计算机监控的目的和意义

目的和意义减员增效，改革水电站值班方式优化运行，提高水电站发电效益安全稳定，保障水电站电能质量竞价上网，争取水电站上网机会简化设计，改变水电站设计模式水电站计算机监控的目的和意义

减员增效，改革水电站值班方式

水电站计算机监控技术的应用，使水电站运行实现自动化，运行人员对设备的操作工作量大大减少，减轻了运行人员的劳动强度，减少了水电站的运行人员数量，使水电站实现少人值守或无人值守。由于运行人员减少，电站生活设施等基础设施也可以相应地减少、简化，降低了电站的造价；水电站运行人员减少的同时，也减少水电站的运行费用及发电成本，达到减员增效的目的。此外，在水电站实现计算机监控，可对水电站运行人员的职能进行转变，把运行人员从对水电站设备的操作向对水电站设备的管理进行转化，使电站运行人员有更多的时间和精力花在水电站设备的维护保养上，保证水电站设备的可用性及完好性，延长水电站设备的使用寿命及检修周期，水电站设备的一些重复操作、调节、运行状态及参数的记录则由计算机监控系统在不须允许人员干预的情况下自动完成。水电站实现计算机监控后，富余出来的人员则可进行轮流培训，以提高对电站的运行管理水平，还可为电站从事多种经营、第三产业创造条件，充分开发水电站的资源，为水电站增加经济效益。

优化运行，提高水电站发电效益

水电站自动控制系统与机组自动控制系统相结合，使电站自动控制系统能按优化运行方案给机组分配有功功率和无功功率，让机组运行在高效率区。根据国内外资料表明，在水电站实行优化运行可最大限度地利用水能，水能利用率能提高3%~5%。把水电站运转特性、水轮机运转特性等数学模型编成软件用以指导水电站的运行。对于具有月调节、年调节、多年调节能力的水库电站，则同样可把中长期洪水预报建成数学模型，编成软件调整水电站的运行。对于无调节能力的径流式水电站，水电站计算机监控系统与洪水实时测报系统相结合，可避免这类水电站在汛期大量弃水。1234安全稳定，保障水电站电能质量

计算机监控系统自动实施安全处理，从而大大降低了发生误操作的可能性，保证了水电站设备运行的可靠性，从而也保证了电网运行的可靠性。计算机监控系统能自动控制发电机组频率和电压，自动调节发、供、用电的平衡，保障了水电站发出的电能质量和电网运行的稳定性。绝大多数的中小水电站也主要集中在山区、农村和边远地区，因此产生了由中小水电站形成的相对独立的区域供电网或地区供电电网。照明、农副产品的粗加工等也在悄悄地发生变化，逐渐提高了对电的需求的层次，由此，对水电站发出的电能的质量和电网运行的稳定性提出了较高的要求。

竞价上网，争取水电站上网机会采用计算机监控水电站采用计算机控制系统可加快水电站、机组的控制调节过程。

1计算机监控系统可按预定的逻辑控制顺序或调节规律，依次自动完成水电站设备的控制调节。2免去人工操作过程中的检查复核时间，由自动控制系统快速完成各个环节的检查复核，大大加快了控制调节过程。

3未采用计算机监控系统

根据国家电力体制改革的要求，实现“厂网分开，竞价上网”后，水电站如果没有自动化系统，而是依靠传统的人工操作控制，将难以满足市场竞争的需要。

既影响电网供电，又使自身效益受损，最终也失去了来之不易的发电机遇。

简化设计，改变水电站设计模式

自动控制设备集成后：

设计单位只要提供一次主接线和保护配置及自动化要求即可，故能以选型的方法代替电气设计，简化设计、安装和调试工作。

常规控制时：

电气设计非常繁琐，订货时要向厂家提供原理图、布置图，还要进行各种继电器的选型。

小型水电站系统特点1.3小型水电站计算机监控系统的特点

建设资金不富裕：地方投资或集资兴建，资金来源有限。1运行方式变化大：水库容量很小，受降雨量的影响较大。

2电压变化极大：农村用户散，输送距离远，负荷变化大。3无特殊用户：对象一般为乡镇加工企业和生活照明用电。

4技术力量薄弱：运行维护人员一般为非专业学校的人员。

5技术更新费用少：农村小水电站的年维护更新费用很少。

6经济实用、简单可靠。经济实用强调以经济实用为原则

不应付领导参观

不能盲目学大电站

自动化功能和配置可简化

,只要满足运行要求即可。

“开机手动，停机自动”的自动化模式。一切从实用化出发。简单可靠小水电站偏僻电站运行人员水平比较低操作维护若复杂就很难为他们所接受千里之外请专家来排除运行人员不敢用最后供人参观的摆设一种“傻瓜”型高可靠自动控制保护系统水电站综合自动化

水电站综合自动化的内涵

从水电站的总体层次上来分析，其综合自动化体现在如下多个方面：