水电站综合自动化系统的新技术应用研究

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1、湖南大学硕士学位论文水电站综合自动化系统的新技术应用研究姓名：谭天乐申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：王耀南2000.1.1承电站练仓臼前位系统的新授本应掰研究攮永奄辩综会自动耗系统瓣新技术瘦耀研究摘要本论文概述了水电站综食自动化聚统的现状及发展趋势，对水电站生 产过程的功能、数摊采集、实时监控进行了详细的研究，结合实际科研项 嗣提出了承窀站综合蠡渤仡系统抟慧体方案，设诗了综台囊动纯网络系 统，建立了相应的数据库，开发了S C A D A 功能模块的部分软件，研究了 现场总线设备程水电站脏控系统中的应用技术，给出了用P L C 进行水电 站篮控的较辞释硬件实缝方案。疑螽结合淄

2、焚器，鼹务器摸式网络结掏提 出了在w i n d o w s9 5 下通过M O D E M 进行远程数据交换的方法。实践证明 上述新技术在水电站综合自劫化系统中的运用楚切实可行的。关键谓：水电站，综合自动化，现场总线。网络技术，数据库技术R e s e a r c ha n dA p p l i c a t i o no fN e wT e c h n o l o g yF o r H y d r o p o w e rS t a t i o nS y n t h e t i cA u t o m a t i o nS y s t e mA b s t r a c t nt h i sp a

3、 p e Lt h ec u r r e n ta n d 如t u r ed e v e l o p m e n ta b o u ts y n t h e t i c a u t o m a t i o no fh y d r o p o w e rs t o l o na r es u m m a r i z e d ，p r o d u c t i o np r o c e s sa n d S u p e r v i s o r yC o n t r o lA n dD a t aA c q u i r e m e n tf S C A D A ) s y s t e ma r er

4、 e s e a r c h e di nd e t a i l ，As c h e m ei sp r e s e n t e di np r a c t i c a lp r o j e c t T h ed a t a b a s e s n e t w o r ks t r u c t u r e ，a n ( If u n c t i o nd e s i g no ft h eS C A D As o f t w a r ea r ec o m p l e t e d T h e F i e l d B u sl su s e di nt h eS C A D Ao fh y d

5、m p o w e rs t a t i o n nt h ee n d t h e M O D E Mc o m m u n i c a t i o nc o n t r o Ip r o g r a mi nV Bo nw i n d o w s9 5b a s e do n B r o w s g S e r v e ra r c h i t e c t u r el se x p l o r e dt or e a l i z er e m o t ed a t ae x c h a n g e 1 t1 1 a s b e e ns h o w nt h a tn e wt e c

6、h n o l o g ym e n t i o n e da b o v ea r ef e a s i b l ea n de f f e c t i v ei n p r a c t i c eh y d r o p o w e rs t a t i o n K e yw o r d ：H y d r o p o w e rs t a t i o n ，s y n t h e t i cA u t o m a t i o n ，F i l e d B u s ，C o m p u t e r n e t w o r k ，d a t a b a s e湖南大学硕士学位论文水电站综合自动化

7、系统的新技术应用研究绪论一、水电站综合自动化简介 水力发电是我国电力系统中的重要组成部分。水力发电由丁I 能源清 洁，经济效益、社会效益都十分可观。在电网中，水电站负担着发电、调 峰调频、事故备用的重要作用。水力发电动力来源特殊，水电站的位置一 般远离城市，有的甚至地处荒郊野外，因此水电站的工作环境和工作条件 都比较差，同样的情况也出现在变电站系统中。水电站综合自动化最初的 目的就是为了实现少人值守甚至无人值守，由此发展起来的水电站综合自 动化，在后来的发展过程中同时也达到了提高供电可靠性，增加发电经济 效益的目的。水电站综合自动化系统以计算机监控系统作为基础，其主要 内容包括水电站所处河流的

8、水情测报，辅助公用设备的开、停机控制，r 况监视：水轮发电机组的启、停操作控制，工况控制：输、配电线路的自 动操作和电力负荷的凋度与分配等等。 随着水电站规模及复杂性的增大，水力发电重要陛的不断增加，水 电站发电星越来越大，结构变得复杂而庞大。由于电力从根本上来说是一 种特殊的工业产品，它不能存储，瞬态过程非常迅速，因此水电站综合 自动化系统需要遵循保证供电的可靠性，供电的质量且同时兼顾运行的经 济性的原则。水电站综合自动化系统的特点首先是对象复杂，设备多而且 地理分布较散，对予对象的控制反应要迅速，其次是被控参数变化多而且 随机性强。另外，水电站综合自动化系统干扰严重。由于水电站系统中故 障

9、的发生是随机的，而且发生故障的设备被切除后将会使水电站综合自动 化系统的结构产生变化，这进一步增加了水电站综合自动化的难度。由r 具有以上特点，因此一个水力发电站不可能靠人力来进行监控。 水电站综合自动化从其内部所具有的功能上而言，主要完成频率及有 功功率调节，电压及无功功率调节和根据需要完成自动发电控制。实施的 主要监控对象为电气二次设备，其中综合了包括传感器技术、计算机技术、 网络技术、数据库技术、通讯技术、控制理论、多媒体技术及现代管理技 术等诸多方面内容，是一个涉及面广而复杂的大型系统工程。二、国内外：K 电站综合自动化的现状和发展趋势 目前，欧美等发达国家已经基本上实现了水电站综合自

10、动化，达到 了无人值班、少人值守的运行管理水平，尤其是小水电站由于设备简单， 生产过程单一，在电力系统中不起重要作用，实现全面自动化和遥控比较 容易，因此早在5 0 年代计算机还没有运用时，大批小型水电站就已经实 现了全面自动化和遥控，且大多数已经达到了无人值班的水平。对于中型 水电站、部分大型水电站，个别特大型水电站以及抽水蓄能电站，也逐渐 实现了无人值班和准无人值班。目前，国外经济发达国家电力行业的自动 控制及集中控制，已经由原来的单个水电站的自动化，无人值班发展到现湖南大学硕_ 上学位论文水电站综合自动化系统的新技术应用研究绪论在的区域性发、供电一体化，由设立的调度所集中对数十个或更多的

11、水电 站、变电站进行发、供电控制。 近年来，随着我国电力科技水平的不断发展，许多新建的水电站都设 计并初步实施了以计算机监控为主的综合自动化系统。7 0 年代，我国水 电站自动化技术水平比较落后从8 0 年代初开始，我国有近2 0 个水电站 及梯级调度水电站从国外引进了先进的自动化系统。这些系统对于促进我 国水电站综合自动化系统的发展，对于掌握和学习国外先进的技术及管理 经验，都发挥了相当有效的作用。近2 0 年来，我国水电站综合自动化技 术发展迅速，国内的科研院所以及水电站运行人员汲取先进经验，开发研 制国产的水电站综合自动化系统，为我国的水电站综合自动化水平的提高 作出了巨大贡献。其中两个

12、主要的科研单位为电力自动化研究院和中国水 利水电科学研究院。其他的几个主要集成制造企业有南京南瑞集团，北京 四方公司，许昌许继集团等几家。我国的国产水电站综合自动化系统的电 站总容量已经达到了百万千瓦以上，单机容量也已经达到了4 0 万千瓦 而且在硬件配置、软件开发、系统集成、抗干扰措施、新技术应用以及售 后服务等各个方面都已经开始接近或达到9 0 年代国际先进水平。 总结各类已经实施的水电站综合自动化系统，可以发现大部分具有以 下几个方面的特征： 第一、在系统模式上，各个水电站综合自动化系统都符合国际标准组 织所推荐的开放环境规范或是具有开放式系统的特性。 第二、在操作系统上，大部分水电站均

13、采用开放环境操作系统U N I X 的某种版本。例如，S O L A R I S 是S U N 公司的U N I X 操作系统，而D E C O S F 1 则是D 1 0 I T A L 公司的U N I X 操作系统。 第三、各水电站在局域网中均采用I E E E 8 0 2 3 规约，都采用以太网和 “载波侦听、多路访问、冲突检测”的原理进行工作。虽然从通信的原理 和效率来看，以太网并非最佳，但是却比较经济而且应用广泛。网络介质 中部分已经采用光纤，例如葛洲坝、李家峡和二滩水电站。网络的速率已 经达到了每秒1 0 0 M b i t S 。 第四、在冗余配置上，各水电站综合自动化系统都采

14、用了双网冗余系 统，各公司、厂商也都具备配置双网冗余系统的能力，采用的通信规约基 本上是T C P I P 协议。 第五、由于各水电的操作系统大多为U N I X ，因此除少数水电站如十 三陵抽水蓄能电站以外，均采用XW I N D O W S M O T I F 人机界面以提供丰 富多彩、功能强大的多窗口显示系统。 第六、各综合自动化系统的指标均能满足水电站正常运行的需要，国 内产品的动作成功率和设备可用率完全可以与国外产品相媲美。 通过以上的比较，可以看到，国外水电站的综合自动化起步旱，技术 和水平确实领先，但是国内的厂商通过对国外新技术的引进、消化和吸收， 其技术也已经达到了国际上9 0

15、 年代的水平，而且因为所具有的本土优势， 在系统的可操作性和服务上超过了国外厂商。美中不足的是，由于我国自 动化元器件制造水平以及软件开发水平的相对落后，我国水电站综合自动2湖南大学硕士学位论文水电站综合自动化系统的新技术应用研究化系统在硬件的工艺水平和软件的规范化方面还有许多需要进一步深入细 致的工作要作。并且，在专家系统、培训仿真、多媒体与工业电视的有机 结合以及状态检修等先进技术方面还要加强研究力度，并随时跟踪国外的 新技术发展动向。三、本文就水电站综合自动化所作的工作 本论文根据水电站综合自动化的内容，结合当前的状况和应用前景， 通过参与实际科研项目，分析了水电站发电的现场生产工艺流程

16、，描述和 建立了水电站综合自动化系统中数据库的结构框架，针对水电站综合自动 化底层硬件的监控，以当前的现场总线技术为依托，研究了现场总线智能 仪表和P L C 在水电站实时监控系统中的应用。在水电站监控系统软件开 发中，针对局域网中数据传送以及水电站数据库和应用程序之间的关系， 分析比较了客户，月日务器模式和浏览且务器模式各自的特点，并相应的对 关键部分作了编程实现。水电站中要达到的少人值守或无人值守，一个重 要的的方法便是通过遥控、遥调、遥测、遥信的功能，因此，对远程数据 交换的实现，本文作了不同方式的尝试。3湖南大学硕士学位论文水电站综合自动化系统的新技术应用研究水电站的现场生产过程概述第一章、水电站的现场生产过程概述水电站是把水能转换成电能的工厂，水电站采用集中水头和调节径流等 措施，把天然水流中蕴藏的位能经水轮机转换为机械能，再通过发电机组转 换成电能，最后经过输变电设备将电能送入电力系统或者直接供电给用户。 水电站自动化是采用机械、电子设备按照预定要求代替人工进行水电站生产 作业的技术。它自动的对水电站进行监视、控制、调节和管理，目的