水电厂计算机监控系统的结构与功能.ppt

1、水电厂计算机监控系统,主讲：贾振国,长春工程学院能源动力工程学院 电站控制教研室,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,第二章：水电厂计算机监控系统的结构与功能,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,一、水电厂计算机监控系统的基本类型,CASC: Computer-Aided Supervisory Control 计算机辅助监控系统,CBSC: Computer-Based Supervisory Control 以计算机为基础的监控系统,CCSC:Computer-Conventional Supervisory Control 计算机与常规装置双重监控系统,长

2、春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,取消常规设备的全计算机监控系统,一、水电厂计算机监控系统的基本类型,特 点：取消全部常规设备 适用对象：新建大、中型水电厂 典型应用：隔河岩水电厂 五强溪水电厂 小浪底水电厂,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,一、水电厂计算机监控系统的基本类型,最大坝高151m； 坝顶长6535m； 坝顶高程206m； 正常蓄水位为200 m； 总库容34亿m3； 4台30万kW机组； 年发电30.4亿 kWh。,1993年6月首台机组发电，1994年11月4台机组全部投产，1998年4月整个工程除升船机外，通过国家竣工验收。,隔河岩水电厂,

3、长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,一、水电厂计算机监控系统的基本类型,五强溪水电厂,湖南省沅陵县境内； 混凝土重力坝； 坝高85.5m； 5台24万kW混流式机组； 年发电53.7亿kWh。,工程成功地应用了大型表孔弧门（高23m，宽19m）、水轮机大转轮（直径8.3m）、大面积通仓薄层浇筑、蠕变高边坡治理等10项国内、国际领先的新技术，为中国大型水电站新技术的推广和应用作出了贡献。 五强溪水电厂于1994年首台机组发电,1996年5台机组全部投产运行。,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,一、水电厂计算机监控系统的基本类型,小浪底水电厂,河南省洛阳市以北；

4、长期有效库容51亿m3； 引水式电站； 6台30万KW混流机组； 总装机180万kW； 年均发电51亿kWh。,意大利英波吉罗公司承建大坝工程；德国旭普林公司为责任方的中德意联营体中标承建泄洪工程；法国杜美兹公司为责任方的小浪底联营体中标承建引水发电设施工程；水轮机由美国VOITH公司制造，发电机由哈尔滨电机和东方电机股份有限公司联合制造；机电安装工程由水电十四局、水电四局、水电三局组成的FFT联营体中标。,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,特 点：保留部分常规设备作为备用 适用对象：新建大、中型水电厂 老电厂的技术改造 典型应用：新安江水电厂 大广坝水电厂 万安水电厂,以计

5、算机为主、常规设备为辅的监控系统,一、水电厂计算机监控系统的基本类型,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,一、水电厂计算机监控系统的基本类型,新安江水电厂,浙江省钱塘江上游新安江上，距杭州市170km,混凝土宽缝重力坝，最大坝高105m，水库总库容220亿m3。总装9台，总容量66.25万kW，1960年首台投产，1977年全部投产。,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,一、水电厂计算机监控系统的基本类型,大广坝水电厂,海南省东方市境内昌化江中游河段，最大库容171亿 m3，电厂装有4台6万 kW混流式机组，设计年发电量5.04亿kWh。 工程于1990年6月正

6、式开工，1993年第一台机组发电，1995年竣工。,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,一、水电厂计算机监控系统的基本类型,万安水电厂,江西省赣江中游万安县； 大坝全长11 04 m； 最大坝高681m； 总库容2216亿m3。 装机容量510万kW； 初期装机 410万kW； 年发电量1150亿kWh。,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,以计算机为辅、常规设备为主的监控系统,一、水电厂计算机监控系统的基本类型,特 点：控制操作主要由常规设备完成； 过渡模式 适用对象：早期水电厂和中小型水电厂的分 步技术改造 典型应用：富春水电厂一期工程,长春工程学院能源动力

7、工程学院,水电厂计算机监控系统,一、水电厂计算机监控系统的基本类型,富春江电厂,浙江省桐庐县；库容 4.4亿m3；总装机2972万kW；,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,基本结构类型,二、水电厂计算机监控系统的基本结构,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,二、水电厂计算机监控系统的基本结构,集中式计算机监控系统,基本结构,基本概念,所谓集中式监控系统，就是用一台计算机对整个水电厂的各种电量和非电量的信息进行采集、分析、处理，并由这台计算机发出所有的控制命令。,基本特点,（1）价格便宜； （2）危险比较集中； （3）电缆敷设多、长；,适用范围,机组台数少，容量

8、小、主接线简单的小型水电厂,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,问题：如何提高集中式监控系统可靠性,二、水电厂计算机监控系统的基本结构,（1）以常规控制为备用的集中式计算机监控系统,（2）采用双机备用方式,冷备用（Cold Standby）,温备用（Warm Standby）,热备用（Hot Standby）,备用方式,特征：备用机平时处于空闲状态； 主机故障时人工投入。,特征：正常运行时，备用机也处于运转状态； 存储器被主控机的实时刷新； 主控机机故障时人工投入。,特征：主控机和备用机并列运行； 备用机不输出控制； 主控机故障时自动投入备用机。,长春工程学院能源动力工程学院,

9、水电厂计算机监控系统,实例：集中式计算机监控系统,二、水电厂计算机监控系统的基本结构,新安江水电厂早期采用的单计算机系统 机型：DJS-131 字长16位 内存32KB 美国的石河段水电厂 装机11台 总容量1300MW 1977年装设了一台PDP-11/35小型计算机 字长16位 内存80KB 美国田纳西州的拉孔山抽水蓄能水电厂 一套计算机系统 4台425MW抽水蓄能机组,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,二、水电厂计算机监控系统的基本结构,分散式计算机监控系统,问题的提出,基本结构,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,二、水电厂计算机监控系统的基本结构,分

10、散式计算机监控系统,基本特征,（1）按功能分散构成多个 计算机的子系统；,（2）子系统由专项功能计 算机构成；,特点,（1）有效缩小故障影响；,（2）可靠性高；,（3）降低设备性能要求；,（4）连接复杂；,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,二、水电厂计算机监控系统的基本结构,改进：总线型分散式计算机监控系统,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,实例：葛洲坝二江电厂分散式计算机监控系统,二、水电厂计算机监控系统的基本结构,位置：长江西陵峡出口； 装机：96.5万kW； 17万KW*2 12.5万KW*5,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,实例：

11、葛洲坝二江电厂分散式计算机监控系统,二、水电厂计算机监控系统的基本结构,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,实例：葛洲坝二江电厂分散式计算机监控系统,二、水电厂计算机监控系统的基本结构,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,实例：葛洲坝二江电厂分散式计算机监控系统,二、水电厂计算机监控系统的基本结构,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,二、水电厂计算机监控系统的基本结构,分层分布式计算机监控系统,问题的提出,基本特征,具有多个分布的资源 具有统一的操作系统 分布的资源独立而又相互一作用 系统内部不存在层次控制关系,基本结构,长春工程学院能源动力工程

12、学院,水电厂计算机监控系统,二、水电厂计算机监控系统的基本结构,分层分布式计算机监控系统,水电厂控制层次的划分,（1）驱动层,机组油、水、风、电 系统数据据采集及设备 驱动,特征：,最底层， 与生产设备直接连接,要求：,高安全性 高可靠性,任务：,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,二、水电厂计算机监控系统的基本结构,分层分布式计算机监控系统,水电厂控制层次的划分,（2）功能组控制层,任务：独立完成某一特定功能,特征：自治性自动控制子系统,内容：微机调速器 微机励磁调节器 微机同期并列装置 温度巡检装置 事件顺序记录装置等,要求：稳定、简单、可靠,长春工程学院能源动力工程学院,

13、水电厂计算机监控系统,二、水电厂计算机监控系统的基本结构,分层分布式计算机监控系统,水电厂控制层次的划分,（3）机组控制层,任务：工况的转换、有功、无功 调整、数据采集处理、运 行参数 检测报警、与上一 层信息交换等,特征：监控子系统，按设备分布,要求：稳定可靠 可独立工作,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,二、水电厂计算机监控系统的基本结构,分层分布式计算机监控系统,水电厂控制层次的划分,（4）电厂控制层,在独立水电厂中，这一层是控 制系统中的最高层，用于控制 整个水电厂的运行。,（5）梯级调度层,制定发电计划，实现负荷频率控制，协调各梯级电厂的运行。,长春工程学院能源动力

14、工程学院,水电厂计算机监控系统,二、水电厂计算机监控系统的基本结构,分层分布式计算机监控系统,简单的分层分布式监控系统,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,特 点：主控机12台 双机互为备用,应用范围：机组台数较少的电厂,存在问题：主机承担的任务过多,解决办法：将主机的任务分散到多台计算机中去,二、水电厂计算机监控系统的基本结构,分层分布式计算机监控系统,简单的分层分布式监控系统,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,二、水电厂计算机监控系统的基本结构,分层分布式计算机监控系统,基于局域网技术的分层分布式监控系统,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统

15、,开放式分层分布监控系统,二、水电厂计算机监控系统的基本结构,(1) 问题的提出：,随着装机容量越来越大，功能越来越复杂，计算机系统的规模也越来越大。由单一厂商包揽控制系统的全部硬件和软件已越来越困难。,随着生产技术的发展，原有计算机监控系统的规模和功能也需要扩充，新增加的硬件设备如何与原有系统接口就是个大问题。,随着系统的扩充，有时需要开发一些新的软件，原有软件怎么办，能不能保留，如何接口，都是需要解决的问题。,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,开放式分层分布监控系统,二、水电厂计算机监控系统的基本结构,(2) 开放式分层分布监控系统的特点,A、模块化的体系结构,B、标准化

16、的模块接口,C、分布化的功能处理,D、可移植的应用软件,E、不同系统之间的相互操作,F、分布数据库的应用,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,开放式分层分布监控系统,二、水电厂计算机监控系统的基本结构,(3) 开放式分层分布监控系统典型应用,位于广西郁江上游的右江河段。是一座以防洪为主，结合航运、发电、灌溉、供水等综合利用的大型水利枢纽。 百色水电厂装机4台，单机135MW。在系统中承担调峰作用。,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,双机切换装置,厂长终端,打印机1,打印机2,#1机组 LCU,#1机组 LCU,#1机组 LCU,#1机组 LCU,#1机组 LC

17、U,#1机组 LCU,至地调,至中调,至水情系统,至防汛系统,至火灾系统,至闸门系统,至升船系统,至通风系统,百色水电厂计算机监控系统结构示意图,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,水口水电厂计算机监控系统结构图,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,三、水电厂计算机监控系统的基本功能,一、数据采集功能,1、模拟量数据采集,电气模拟量：定子电压 定子电流 有功功率 无功功率 励磁电压 励磁电流 频率（转速）,非电气模拟量：各轴承油温 各轴承油瓦温 定子线圈温度 定子铁芯温度 冷风和热风温度 机组的流量 振动、摆度

18、 主变压器油温度 上、下游水位 闸门开度,对非电气模拟量数量要求：,机组容量：100MW及以下时，一般不超过50个 机组容量：100 - 200MW时，一般不超过80个 机组容量为200MW以上时，一般不超过120个,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,国内几个水电厂机组模拟量统计,三、水电厂计算机监控系统的基本功能,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,一、数据采集功能,2、数字输入状态量,数字输入状态量也常常被称为开关量，主要包括断路器及隔离开关的位置信号、机组设备运行状态信号、继电保护的动作信号、手动自动方式选择信号、位置报警信号等。,主要内容：,（1）机组

19、的停机、发电、调相、抽水等运行工况状态信号。,（2）6 kV及以上高压断路器、反映厂用电源情况的断路器和 自动开关以及反映系统运行状况的隔离开关的位置信号。,（3）主要设备的事故和故障信号，以及主要设备的总事故和 总故障信号。,（4）计算机监控系统的故障信号。,三、水电厂计算机监控系统的基本功能,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,一、数据采集功能,3、数字输入事件顺序量,采集目的：事故原因分析,采集内容：,采集要求： 20ms、10ms、5ms,4、数字输入脉冲量,有功电能和无功电能,脉冲式蜗轮流量计,脉冲式转速计,三、水电厂计算机监控系统的基本功能,长春工程学院能源动力工程

20、学院,水电厂计算机监控系统,一、数据采集功能,5、数字输入BCD码量,数字输入BCD码量主要指水位、超声波流量计等智能传 感器输出的测量值通常以BCD码格式输入到计算机监控系统 中。对于这类格式的数据类型一般取并行二进制数字量， 为取值的完整准确，应按并行方式输入系统。,6、外部链路数据量,外部链路数据量是指其它微机化智能装置或网络计算机向计算机监控系统传输的数据，如微机调速器、微机励磁调节器、时钟同步装置、智能温度巡检仪或监控系统中的其它计算机等需要向主机传送的数据。,三、水电厂计算机监控系统的基本功能,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,二、数据处理功能,三、水电厂计算机监

21、控系统的基本功能,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,三、控制调节功能,三、水电厂计算机监控系统的基本功能,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,1、正常的控制和操作,主要内容：,（1）机组运行工况的转换，如开机、停机、发电、调相 等运行工况的转换。,（2）机组的自动同期并列。,（3）断路器和隔离开关的分、合操作。,（4）机组辅助设备的操作，主要包括压油装置、冷却水 系统、空压机、机组排水泵、渗漏泵等的操作。,三、控制调节功能,三、水电厂计算机监控系统的基本功能,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,2、紧急控制和恢复控制,三、控制调节功能,紧急控制

22、：,紧急控制是当系统和设备发生异常情况时，监控计算机能够作出判断，采取自动跳闸和紧急停机或增加机组出力、投入备用机组、改变机组运行工况等相应的处理措施，使电力系统及时回到安全状态。,恢复控制：,恢复控制是当事故发生后能得到尽快的处理，恢复到正常运行的状态，以尽可能的缩小事故范围和减少事故损失的一系列控制和操作。例如调整机组的出力，将解列的机组重新并列等。,三、水电厂计算机监控系统的基本功能,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,3、正常的调节操作,三、控制调节功能,主要内容：,（1）通过电厂控制级计算机或现地控制单元向调速器发 出有功“增”或“减”的调节命令和向励磁调节器发出 无

23、功“增”或“减”的命令；,（2）在调节过程中按照功率给定值通过PID调节等算法自 动的向调速器或励磁调节器发出无功“增”或“减”的 命令，即实现机组有功功率和无功功率的闭环调节。,三、水电厂计算机监控系统的基本功能,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,4、自动发电控制（AGC）,三、控制调节功能,自动发电控制（AGC）：,自动发电控制（AGC）是指在满足机组各项安全发电的约束条件下，以迅速、经济的方式控制整个水电厂有功功率来满足电力系统多方面的需求。,AGC主要任务：,根据水电厂需发功率、供电的可靠性和设备的实际状况，考虑调频和备用容量的需要，通过实时计算，在避开机组的气蚀振动

24、区和保证机组安全运行的前提下，确定当前水头下最佳经济负荷分配方案，即确定水电厂的最佳发电机组台数和组合方式。,三、水电厂计算机监控系统的基本功能,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,5、自动电压控制（AVC）,三、控制调节功能,自动电压控制（AVC）：,自动电压控制（AVC）是指在满足水电厂和机组各种安全约束条件的前提下，根据不同的运行方式和运行工况，对全厂的机组作出实时的控制决策，以自动维持母线电压或全厂无功功率为当时的设定值，并合理的分配厂内各机组的无功功率，尽量减少水电厂的功率消耗。,AVC调节方式：,在优化计算的基础上通过改变励磁或改变联络变压器分接头实现。,三、水电厂

25、计算机监控系统的基本功能,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,1、人机联系的设置原则,（1）运行人员控制台的功能； （2）人机联系应有汉字显示和打印功能； （3）人机联系操作简便、灵活、可靠、一致性原则； （4）画面、对话区、提示三者相结合原则； （5）校核及闭锁原则； （6）响应速度要求； （7）安全等级的操作权限原则。,四、人机联系功能,三、水电厂计算机监控系统的基本功能,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,四、人机联系功能,2、CRT的基本功能,三、水电厂计算机监控系统的基本功能,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,云峰电厂监控系统 CRT

26、界面,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,云峰电厂监控系统 CRT界面,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,云峰电厂监控系统 CRT界面,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,云峰电厂监控系统 CRT界面,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,四、人机联系功能,3、键盘操作与控制,各种参数的设置或修改 报警处理,4、制表打印与记录,定时打印 召唤打印,5、现地控制单元的人机联系,三、水电厂计算机监控系统的基本功能,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,五、设备运行管理统计功能,统计内容：,三、水电厂计算机监控系统的基本功

27、能,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,六、系统通信功能,七、多媒体功能,三、水电厂计算机监控系统的基本功能,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,八、系统自诊断与自恢复功能,三、水电厂计算机监控系统的基本功能,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,四、水电厂计算机监控系统的性能指标,一、 实时性,实时性：所谓实时性即计算机监控系统对外部事件 的响应速度。,1、对机组现地控制单元实时性的要求,（1）数据采集时间：,状态和报警点采集周期：1s或2s 模拟点采集周期：电量1s或2s；非电量：130s 事件顺序记录（SOE）点分辨率：小于等于520ms,（

28、2）现地控制单元接受控制命令到开始执行的时间应小于1s,（3）供事件顺序记录使用的时钟同步精度应高于所要求的 事件分辨率。,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,2、对电厂控制级实时性的要求,（1）从LCU回收的数据至电厂控制级数据库的时间 12s。,（2）人机接口响应时间：,（3）双机切换时间：,热备用时：保证实时任务不中断。 温备用时：小于30s。 冷备用时：小于5min。,一、 实时性,（4）电厂控制级控制功能的响应时间：,有功功率联合控制任务执行周期可取3-15s。 无功功率联合控制任务执行周期可取6s、12s、3min。 自动经济运行功能处理周期时间可取5-15min。

29、,四、水电厂计算机监控系统的性能指标,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,二、可靠性,可靠性 ：所谓可靠性就是在给定条件下计算机监控 系统能够持续保持正确工作的能力，或正 确的功能可维持的时间。,1、可靠性的衡量指标,（1）平均故障间隔时间（MTBF）：即系统的可使用时间 。 （Mean Time Between Failures）,（2）平均停运时间 （MDT ）：系统的维修停机时间。 （Mean Down Time ）,2、具体要求: 主机系统 LCU,四、水电厂计算机监控系统的性能指标,长春工程学院能源动力工程学院,水电厂计算机监控系统,三、可维修性,可维修性 ：所谓可维修性是指计算机监控系统或设 备发生故障后能够进行维护和修理的可 能性和难易程度。,1、可维修