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1、太阳能塔式电站控制系统说明济南大学自动化研究所 2009年12月太阳能塔式电站控制系统说明v太阳能塔式电站控制系统总体结构v电站各子控制系统介绍vABB系统在太阳能发电站的应用太阳能热发电控制系统总体结构环形冗余以太网操作员站工程师站GPS OclockModbus TCP/IPOPC图 像 采 集 系 统Ethernet RingProfibus-DPProfibus-DPProfibus-DP定日镜控制及气象监测系统控制柜I/O模件热循环系统操作员站汽轮机发电系统Profibus-DP辅助锅炉系统约270个控制点约490个控制点 约280个控制点打印机v整套太阳能热发电控制系统包括两层：运
2、行管理层 和现场控制层。v运行管理层包括操作员站和工程师站。通过完善友 好的人机交互界面来实现整个太阳能热发电系统的 一体控制和管理。v现场控制层根据各子系统I/O控制点数，在安全稳定 的前提下，采用四对冗余的现场AC800F控制器作为 主站，下挂S800I/O模件。 AC800F控制器采用灵活 紧凑的模块化结构，支持多种国际标准总线，全金 属封装工业级硬件质量。v系统通过100M环形冗余以太网实现运行管理层和现 场控制层的可靠、稳定通讯。定日镜场辅助锅炉吸热器太阳辐射测量气压 温度 湿度 风向 风温气 象 数 据 采 集电气控制系统汽轮机发电机组汽机DEH及旁路系统镜场控制系统吸热器 监控系
3、统热流分布及 气象测量系统单元机组协调 控制系统辅机采集控制系统储热系统数据采集系统工程师站操作员站历史数据厂级监控信息系统厂级管理信息系统电站DCS控制系统逻辑设计汽轮机发电控制子系统v该子系统由DCS主控制器和I/O模块以及现场的检测和执 行元件构成。v该子系统主要完成汽轮机的保护；除氧器、凝汽器等设备 的水位和压力控制；系统油管路的控制；汽水循环控制； 循环水冷系统的控制。v根据近几年自动化研究所所做的汽轮机发电控制系统，我 们初步确定该系统的开发如下几图所示。汽轮机发电系统汽机保护汽轮机主蒸汽参数润滑油系统汽机除氧系统汽机循环水系统辅助锅炉控制子系统v根据锅炉系统的控制要求，为保证锅炉
4、系统安全稳 定的运行，我们采用一对冗余的AC800F控制器和系 统I/O模件。v该控制系统主要对锅炉运行的有效监视，完成对锅 炉汽包水位、压力等参数，以及燃烧、烟风、汽水 、疏水、吹灰系统的控制。v根据近几年自动化研究所所做的锅炉控制系统，我 们初步确定该系统的开发如下几图所示。P11水位调节器给水流量调节器调节阀汽包汽包水位变送器给水流量变送器蒸汽流量变送器动态前馈调节器三冲量汽包水位控制已成功在余热电站中得到应用锅炉主控系统锅炉保护锅炉除氧系统吹灰系统锅炉汽水系统凝结水系统水位控制烟风系统热循环控制子系统v热循环系统的主要设备包括吸热器，换热器，储热罐，蒸 汽蓄热器，辅助加热器，汽轮机发电
5、系统，以及各种阀门 、泵等执行设备。v根据各设备之间的耦合关系，整个热发电系统运行在10种 模式下。v我们通过建立专家知识库，根据系统内部压力、温度等运 行参数以及外部气象和镜场运行情况自动控制热循环系统 运行在如下的热循环模式下。定日镜场风速 镜场情况 储热状况 电网负荷吸热器汽轮发电机组电网储热系统辅助锅炉系统运行模式判别 与切换控制系统M1M2M4M7M2 M4 M5M3 M5 M6 M7 M9M3M5M10十种运行模式的判别与切换逻辑控制定日镜场吸热器高温换热器热罐冷罐换热器辅助加热器汽轮机泵泵辅助锅炉除氧器饱和蒸汽凝汽器蒸汽储热器模式一吸热器产生过热蒸汽直接进入汽轮机 定日镜场吸热器
6、高温换热器热罐冷罐换热器辅助加热器汽轮机泵泵辅助锅炉除氧器饱和蒸汽 凝汽器蒸汽储热器模式二吸热器吸收的热能全部输往储能系统 定日镜场吸热器高温换热器热罐冷罐换热器辅助加热器汽轮机泵泵辅助锅炉除氧器饱和蒸汽 凝汽器蒸汽储热器模式三储能系统产生过热蒸汽输往汽轮机定日镜场吸热器高温换热器热罐冷罐换热器辅助加热器汽轮机泵泵辅助锅炉除氧器饱和蒸汽 凝汽器蒸汽储热器模式四吸热器产生的蒸汽同时进入蓄热系统和汽轮机 定日镜场吸热器高温换热器热罐冷罐换热器辅助加热器汽轮机泵泵辅助锅炉除氧器饱和蒸汽 凝汽器蒸汽储热器模式五吸热器与蓄热系统产生的蒸汽同时驱动汽轮机 定日镜场吸热器高温换热器热罐冷罐换热器辅助加热器汽
7、轮机泵泵辅助锅炉除氧器饱和蒸汽 凝汽器蒸汽储热器模式六辅助锅炉驱动汽轮机 定日镜场吸热器高温换热器热罐冷罐换热器辅助加热器汽轮机泵泵辅助锅炉除氧器饱和蒸汽 凝汽器蒸汽储热器模式七 辅助锅炉给蓄能系统充能定日镜场吸热器高温换热器热罐冷罐换热器辅助加热器汽轮机泵泵辅助锅炉除氧器饱和蒸汽 凝汽器蒸汽储热器模式八 吸热器+辅助锅炉驱动汽轮机 定日镜场吸热器高温换热器热罐冷罐换热器辅助加热器汽轮机泵泵辅助锅炉除氧器饱和蒸汽 凝汽器蒸汽储热器模式九 吸热器产生蒸汽通过储能系统驱动汽轮机 定日镜场吸热器高温换热器热罐冷罐换热器辅助加热器汽轮机泵泵辅助锅炉除氧器饱和蒸汽 凝汽器蒸汽储热器模式十 吸热器产生蒸汽
8、直接进入凝汽器 State2 待机态State2 停运State3 普通启动State4 冷/热启动State5 正常运行State6 云遮运行State7 储热State8 放热State9 与电网解列电站九种运行状态的设计与分析吸热器控制回路设计v控制回路包括：汽包水位监测及控制回路、过热蒸汽温 度监测及控制回路、蒸汽流量监测及控制回 路、蒸汽压强监测及控制回路、给水压强降 监测及控制回路。镜场紧急偏转系统启动所有相关阀门处于正确位置吸热器管道内进水吸热器上的循环水泵启动重新设置镜场按区域每隔数分钟 投入吸热器产生低温 低压蒸汽？经旁路阀门、闪蒸灌至 凝汽器回收循环产生中温、中压蒸汽？提供
9、适量蒸汽、预热 汽轮机和储热系统热 交换器产生高参数蒸汽？供直接发电？汽轮机组启动加速至 额定转速、发电机组 并网带负荷启动时给水流量大小给水及蒸汽流量信号汽包液位信号饱和蒸汽干度、过热 蒸汽温度信号启动中压增速率信号吸 热 等 主 要 控 制 系 统运 行 模 式 控 制 系 统太阳辐射、风速镜场状况电网需求储热状况与高温储热介质换热后输往 蒸汽罐由储热发电？电站正常启动顺序设计YYYYYYNNNNNNNNYYYY启动镜场聚光电站启动运行过程v假定储热系统饱和蒸汽储存箱处于75%的额定工况状态。能 量预报系统预报天气晴朗太阳辐射稳定、良好。系统启动顺 序如下：1.辅助系统运行2.凝结水系统运
10、行3.给水除氧系统运行4.吸热器循环水系统运行5.定日镜场投运6.汽轮机冲转7.并网8.带负荷电站启动运行过程v1.辅助系统运行化学水系统运行 使化学箱水位到达预定位置凝汽器热井补水，开启补水泵箱凝汽器补水，使 热井 水位 到达预定值，开启循环水泵，并运行闭式冷却水系统投 入汽轮机润滑油系统，投入汽轮机盘车装置v2.凝结水泵运行热井水位到达预定水位后，开启凝结水泵给除氧器 上水，降凝汽器热井补水阀投自动，注意除氧器上 水流量，维持热井水位。电站启动运行过程v3.给水除氧系统运行除氧器水位到达预定值后，开启储热饱和蒸汽储存箱到除氧 器的蒸汽阀门，除氧器运行。除氧器水箱水温达到一定值时，开启给水泵
11、，为吸热器上水 ；控制给水流量，注意吸热器金属温升速度。当吸热器汽包水位低于一定值时，关闭给水泵出口阀，停止 吸热器上水。v4.吸热器循环水系统运行开启吸热器循环水泵，吸热器进行水循环。电站启动运行过程v5.定日镜投运开启汽包和过热器的空气门。根据汽包内压力变化控制旁路开度和投运的定日镜数，保证汽包压力 。v6.汽轮机冲转投入汽轮机抽空系统；投入轴封系统；开启汽轮机疏水系统；当蒸汽参数、真空满足冲转参数要求后，开启汽轮机主汽门，汽轮机 冲转；汽轮机转速达到5000转/分时，进行汽轮机检查，无异常时，汽轮机 转速升至一定转数，进行低速暖机后，升速，进行中速暖机，根据压力 变化，关小旁路，投入定日
12、镜。电站启动运行过程v7.并网汽轮机达到6500转/分时，投运励磁系统、提高发电 机出口电压超高于电网电压，通过同步器，进行并网，汽轮 发电机组带初始负荷。v8.带负荷根据机组和镜场情况，投入定日镜，根据冷态启动曲 线提高机组负荷。镜场投射到吸热器 功率吸热器受热面热流分布 镜场总体效率、风速、环温 吸热器热损失等信息设备运行或 开始启动待机关闭偏转部分定日镜 使该功率吸热器 功率上限该功率小于吸热器 功率上限？吸热器获得的净热 功率大于吸热器功率 下限？吸热器是否 带门？吸热器是否已待机N 个时间不长？NYNNYYY云遮状态下吸热器系统动作逻辑设计ABB solutions for Sola
13、r power ABB太阳能行业应用解决方案Oliver Mereien, ABB, June 18th 200916 Photovoltaic Power Plants on grid connected network3 Power Biodiesel Plants11 Power Plants Combining Solar and thermo2 Thermal solar power plants 50 MW eachMore than 10 Years Experience in Solar Energy application.ABB experience in renewabl
14、e energy plants. ABB在可再生能源(太阳能）电厂有很多经验：ABB - AP Division products for Solar/PV energy ABB为为太阳能发电发电 /光伏发电发电 提供的自动动化产产品Drives / 变频器Switchboards and cabinets with IP65 protection / IP65的箱体Breakers / 断路器Surge protective devices / 防雷产品Motors / 电机Switches / 开关Terminal blocks / 端子PLCs / 可编程控制器Contactors /
15、接触器Switch-Disconnectors / 分断开关Switch fuses / 熔断开关Relays / 电子产品继电器MV components / 中压元件 Solar cells selection and homologation Protections Inverters for high power and efficiency Low and Medium voltage apparatus Transformation center. Substation Power transformers MV Switchgear Automation Communicatio
16、ns Energy efficiency algorithms Main control room (REE dispatching protocol) Products and engineering Security access control Supervisory control Solar energy optimization Installation, erection and commissioning.ABB portfolio for solar / PV plant ABB为太阳能发电和光伏发电提供整体解决方案Data Base ManagementI/O ScannerMultiMaster ServerWEB ServerClient Explorer Data PublishingControl NetworkControllers Server/ClientABB portfolio for solar plant - Supervisio
