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1、题 目：水电厂计算机监控系统的设计与实现 专 业： 电气工程及其自动化 学 号： 姓 名： 袁能吉 指导教师： 林国松 学习中心： 四川大 学网 络 教 育 学 院2011年 12 月 24日第一单概述11 水电站计算机监控系统概述进入90年代后，国内外在水电站自动控制上普遍采用计算机监控技术，或利用计算机控制系统与电站常规控制系统相结合对水电站设备进行控制，或利用计算机监控系统直接对水电站设备进行监控。水电站计算机监控系统是指整个水电站设备的控制、测量、监视和保护均由计算机系统来完成。它代替了常规控制设备，监视测量表计，完成机组的开停机控制，断路器等开关设备的控制，完成电站的优化运行，自动发
2、电控制(AutomaticGeneration Control，简称AGC),自动电压控制(Automatic Voltage Control，简称AVC)，电站机组、变压器、线路等各种运行设备参数的在线监视，越限参数报警、记录，历史参数查询，事故追忆，报表打印，完成监控系统设备的自检，是实现对整个电站所有设备进行控制、测量、监视和保护的自动控制系统。其功能可用图1-1来表示。现场干扰变量 . 水电厂生产过程执行机构信号采集计算机监控系统计算机人工控制或给定目标值图1-1水电站计算机监控系统方框图水电站的中控室负责管理和控制整个电站的正常运行，为了保证运行的可靠性和经济性，必须收集全厂各设备的
3、实时运行资料，以便及对做出响应。譬如说：实时采集发电机组和全厂公用设备的运行状态，运行参数，对电站各控制点和监视点迸行自动安全监测、越限报警，实现厂内自动发电控制和自动电压调整等。而计算机监控系统正是基于以上理念，充分利用成熟的计算机控制技术、通讯技术、可编程控制器(Programme Logic Controller，简称PLC)和网络技术将各机组LCU、励磁调节器、调速器等连接起来，集中监控水电站各台机组的运行，以实现整个电站的经济运行。因此，水电站计算机监控系统的性能大大优于常规的自动控制系统，所以又被称为水电站计算机综合自动化系统，既适用于新建电站使用，也适用于老电站对自动控制系统进行
4、技术改造。111 水电站计算机监控系统的发展概况在欧美等一些工业发达国家，水电站计算机监控技术发展较快，也较先进，自80年代起，许多水电站实现了无人值班或少人值班，提高了水电站设备运行的可靠性，降低了水电站运行费用。国内水电站自动控制系统主要以常规设备为主，计算机监控系统在水电站的应用尚属研发完善阶段。在新建的大型水电站，较多地采用了水电站计算机监控系统，中小型水电站或已运行的许多老电站则采用常规自动控制设备居多，技术稍先进的中小型电站，或在常规自动控制系统的基础上加上计算机功能控制单元，或用计算机功能控制单元改造常规自动控制系统，或在常规自动控制系统的基础上加上计算机监测系统。目前中小型水电
5、站计算机监控系统，其开发的软件有的基于DOS系统，而基于Windows平台的软件又往往针对大型水电站设计，不适于小型水电站应用。我国电力部门的科技人员从七十年代开始对计算机在水电站的应用进行了不懈的探索。经过多年孜孜不倦的努力，我国水电站计算机监控技术已经有了很大的发展，从开始的摸索到初步形成工业化生产，达到实用水平，并形成几种成熟的模式，技术水平、实用程度上已达到国外目前水平，有的方面甚至已赶上了国际先进水平。112 水电站计算机监控系统的发展趋势随着计算机和网络技术的发展，水电站计算机监控系统的技术同样也在迅速地发展，新的控制系统结构、新的控制装置、新的软件等不断涌现，目前水电站计算机监控
6、技术主要朝着网络化、智能化、人性化、软件组态化、控制无人化方向发展。a网络化水电站计算机监控系统的快速发展也是立足于计算机和网络技术的发展，在水电站计算机监控系统中，有上位机、现地控制单元等各种各样的计算机及计算机控制装置，若它们不形成网络，则这些计算机及装置只能独立运行，不能实现数据共享，不能充分发挥出计算机控制系统的优越性，只起到了代替常规自动控制设备的作用。因此，水电站计算机监控系统势必向网络化发展。水电站计算机监控系统朝着网络化方向发展是数据实时共享的需要；装置共享的需要；调度自动化的需要；系统扩展的需要。b智能化计算机和网络技术的高速发展，使人工智能技术得到了迅速发展，人工智能技术在
7、机器人、汽车及其他领域得到了广泛应用。智能化也是水电站计算机监控系统的一大发展方向。水电站计算机监控系统智能化主要体现在对监控系统的自动诊断，对电站设备的自动诊断和预防性维护，对运行人员进行操作指导，对事故、故障处理进行指导。c人性化水电站计算机监控系统的人性化就是使得冷冰冰、硬梆梆的计算机具有人情味、通人性。计算机、网络和多媒体技术飞速发展，现在计算机己能听、说、看，并能识别中文手写文字，除通过传统的键盘、显示器、打印机等外设与人进行交流外，与人进行交流、沟通的途径、渠道已越来越多，并越来越便利，越来越具有人情味。将多媒体技术用于水电站计算机监控系统，水电站计算机监控系统也就具备了听、说、看
8、、写的能力。故而人性化也是水电站计算机监控系统的发展方向之一。d软件组态化软件组态化也是水电站计算机监控系统一大发展方向。组态化的软件主要是指上位工控机和前置工控机的软件。组态化软件通常也是一种模块化的软件，有实时数据库、动画、上下限设置、状态控制、各种实时趋势图和历史趋势图、各种输入输出接口程序等等功能。组态软件最大的特点是使用方便，维护方便。在使用方面通常使用菜单及各种图形界面操作方式，操作使用直观：在维护方面，其优点明显突出，组态软件都提供有工具软件，使得控制系统的开发者不必为每个控制系统编制源程序，只需根据对控制系统的要求，对软件的功能进行设置组合，就完成了控制系统的软件的组态，当监控
9、系统有设备或功能增减时，同样可以方便地完成软件的维护。使用组态软件的优点在于控制系统的开发时间短，软件的可靠性高，因为软件是经过在各种情况下测试的，软件的维护简单方便。e控制无人化无人值班电站有时也被称之为一人操作电站，即只需一个值班员就可进行电站的开停机控制、运行操作，这些操作完成后，自动控制系统就可自动控制电站设备运行，当电站自动控制系统具有远方遥控功能时，可由一人在远方进行遥控操作。水电站计算机监控系统向无人化方向发展，其最大的优点就是极大地减少了电站运行人员，减少了电站的运行费用，减少了电站的投资。12 冉家坝水电站概述冉家坝水电站位于重庆市最北端的城口县境内的任河干流上，是一座引水式
10、水电站，装机容量14MW，年平均发电量4.99亿kWh，年利用小时数3213h，保证出力24.12MW。电站以一回220kV线路接入城口县22OkV变电所，22OkV电压侧采用单母线扩大接线方式。环境条件：海拔高度，519.15m(厂房)：年平均环境温度，13.7；最高环境温度，39.3；最低环境温度，-13.2C；多年平均相对湿度，78；地震烈度6度。冉家坝水电站实现全厂计算机监控的意义在于：1提高电站安全运行的可靠性在硬件方面，由于计算机监控系统集成度的提高，可以大大减少控制系统的元件数量，使得水电站机组等各种设备的控制柜的数量减少，从而减少了控制系统出现故障的机会，使得系统的可利用率大大
11、增加，提高控制系统工作的可靠性。在软件方面，由于计算机监控系统具有完善的闭锁、灵活方便的智能控制、严格的逻辑操作顺序，从而保证了监控系统可以对电站进行有效的控制和调节，避免了人为的误操作和误判断；另外还可以对设备运行状态进行周密监视，及时发现异常或隐患，当设备发生事故时，把事故限制在最小范围内，使电站运行的安全可靠性大大提高。2提高电站的经济运行冉家坝水电站在计算机监控的基础上实现厂内自动发电控制，电网根据频率的要求计算出冉家坝水电站实时调节负荷或日负荷曲线，将此信息传送到冉家坝水电站的计算机监控置，由电站的AGC程序控制整个电站的有功功率来满足系统的需要，从而实现了在电站负荷给定之后，所需的
12、耗水量最小，或以最少的耗水发出最多的电能，为冉家坝水电站创造出最大的经济效益。3提高供电质量冉家坝水电站计算机监控系统可以根据系统分配给的总负荷，由厂内AGC经过经济运算后将计算所得的单台机组的负荷分配值通过串行通信口直接下达给调速器的控制装置，将机组出力调整至目标值，从而使机组即快又稳地满足AGC的负荷分配要求和调节精度。这种以数字量的形式传送控制信号，不但取消了“发电机负荷遥调接口装置”，而且从根本上避免脉冲调节方式存在的缺点，提高机组负荷调节品质和供电质量。4提高劳动生产率由于计算机监控系统能够实时监控水电站设备运行情况，把运行人员从日常操作、监视设备运行等繁杂重复的工作中解放出来，进一
13、步提高了电站的运行和科学管理水平，从而减少了运行费用，改善工作条件，使劳动生产率得以提高。13 本论文的主要内容本论文针对我国小水电站丰富，自动化水平低的特点，在考察、分析了国内外水电站(厂)典型计算机监控系统的应用经验的基础上，依据国家电力公司目前对水电站(厂)计算机监控系统的有关规定，吸取他们先进的系统设计思想，针对冉家坝水电站运行监控的技术特点，立足于工程实际，主要完成如下几方面工作。同时对在现场中遇到的问题进行了分析，并提出了解决办法。本课题内容包括：1分析冉家坝水电站运行监控的技术要求。2设计冉家坝水电站计算机监控系统的结构配置。3设计冉家坝水电站计算机监控系统中现地控制单元(Loc
14、ation Control Unit，简称LCU)，完成LCU的结构设计、硬件配置和应用程序的开发，最终实现LCU的监视和控制功能。4尝试探讨小水电站计算机监控系统的硬软件可靠性问题，提出抗干扰措施。第二章 水电站计算机监控系统总体方案设计21 水电站计算机监控系统的功能要求分析水电站计算机监控系统的主要功能要求实时、准确、有效的完成对本电站被控对象的安全监控，包括：数据采集及处理功能；安全运行监视功能及事件报警：事故追忆：控制和操作功能；自动发电控制(AGC)、自动电压控制(AVC)和经济运行功能；定值、报表的生成与打印功能；设备运行统计记录及生产管理功能；远动通讯功能：画面显示功能：人机接
15、口；时钟同步；软件开发及维护功能：系统自诊断与自恢复功能；冗余容错功能；其它辅助功能。水电站计算机监控的内容在不同的水电站有所不同，但基本内容相同：水电站设备的控制，水电站设备的调节，水电站设备的保护，水电站设备的监测，水电站设备的运行状态、运行参数的自动记录、打印，作为调度自动化系统的远方终端(RTU)，水电站优化运行，水电站的事故处理。上述内容中，有部分是水电站常规自动控制系统同样具有的，有部分内容是水电站采用计算机监控后增加的。1水电站设备的控制水电站设备控制操作的内容有：水电站机组的控制，水电站辅助设备的控制，水电站进水主阀、进水闸门的控制，水电站升压站电气设备的控制和厂用电的控制。2水电站设备的调节水电站设备的调节有：水电站机组的调节、整个水电站的调节、水电站升压站的调节。3水电站设备的保护水电站设备的保护有：水电站机组的保护、水电站升压站电气设备的保护和厂用电的保护。水电站机组的保护分为电气
