第2章：水电厂计算机监控系统的结构与功能.ppt

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 第二章：水电厂计算机监控系统的结构与功能计算机监控系统的基本类型一二计算机监控系统的基本结构计算机监控系统的基本功能三四计算机监控系统的性能指标水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 一、水电厂计算机监控系统的基本类型CASC:Computer-AidedSupervisoryControl计算机辅助监控系统CBSC:Computer-BasedSupervisoryControl以计算机为基础的监控系统CCSC:Computer-ConventionalSupervisoryControl计算机与常规装置双重监控系统CBSC:全计算机监控系统以计算机为主，常规设备为辅的监控系统水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 取消常规设备的全计算机监控系统1一、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水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 一、水电厂计算机监控系统的基本类型最大坝高151m；坝顶长653．5m；坝顶高程206m；正常蓄水位为200m；总库容34亿m3；4台30万kW机组；年发电30.4亿kW·h。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。隔河岩水电厂水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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kW·h。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。水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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；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kW·h。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。水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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算机为主、常规设备为辅的监控系统2一、水电厂计算机监控系统的基本类型水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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。水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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17．1亿m3，电厂装有4台6万kW混流式机组，设计年发电量5.04亿kW·h。工程于1990年6月正式开工，1993年第一台机组发电，1995年竣工。水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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1104m；最大坝高68．1m；总库容22．16亿m3。装机容量510万kW；初期装机410万kW；年发电量11．50亿kW·h。水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 以计算机为辅、常规设备为主的监控系统3一、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水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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29．72万kW；水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 1集中式计算机监控系统3分层分布式计算机监控系统2分散式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水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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1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，容量小、主接线简单的小型水电厂水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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（ColdStandby）温备用（WarmStandby）热备用（HotStandby）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。水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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1300MW1977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抽水蓄能机组水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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2问题的提出基本结构水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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2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；水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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*212.5万KW*5水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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3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水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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3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：水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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3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、可靠水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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3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水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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3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。水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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3简单的分层分布式监控系统水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 特点：主控机1～2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3简单的分层分布式监控系统水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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3基于局域网技术的分层分布式监控系统水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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。水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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、分布数据库的应用水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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。水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 通信工作站主控计算机站1主控计算机2工程师工作站操作员工作站1操作员主机站2双机切换装置厂长终端打印机1打印机2CRT1CRT2键盘1键盘2打印机CRT1CRT2键盘1键盘2打印机#1机组LCU#1机组LCU#1机组LCU#1机组LCU#1机组LCU#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 水口水电厂计算机监控系统结构图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长春工程学院能源动力工程学院 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个水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 国内几个水电厂机组模拟量统计电厂名称单机容量（MW）每机模入量其中电气量其中温度量其中其它量三峡700140------广蓄3006294013隔河岩300921676--安康20010814868十三陵200126157733三、水电厂计算机监控系统的基本功能水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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）机组的停机、发电、调相、抽水等运行工况状态信号。（2）6kV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水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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、≤5ms4、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水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 二、数据处理功能模拟量数据处理状态数据处理数据计算处理事故追忆处理趋势分析处理数据处理三、水电厂计算机监控系统的基本功能水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 三、控制调节功能正常控制和操作紧急控制恢复控制正常的调节操作自动发电控制（AGC）自动电压控制（AVC）控制调节三、水电厂计算机监控系统的基本功能水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 2、紧急控制和恢复控制三、控制调节功能紧急控制：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水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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、水电厂计算机监控系统的基本功能水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 四、人机联系功能2、CRT的基本功能CRT基本功能画面显示画面实时刷新信息提示光标与画面的控制显示画面的编排画面图形符号及显示颜色的定义三、水电厂计算机监控系统的基本功能水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 云峰电厂监控系统CRT界面水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 云峰电厂监控系统CRT界面水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 云峰电厂监控系统CRT界面水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 云峰电厂监控系统CRT界面水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 五、设备运行管理统计功能统计内容：开机次数停机次数检修次数并网发电次数开机时间停机时间检修时间并网发电时间线路送电次数停电次数检修次数送电时间停电时间并网发电时间机组和线路主开关动作次数事故次数试验次数峰发电量累计谷发电量累计平发电量累计三、水电厂计算机监控系统的基本功能水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 六、系统通信功能系统通信构成：1、监控系统与各调度级的调度自动化系统间的通信2、监控系统与电厂其它计算机系统之间的通信3、监控系统内部通信4、时钟同步控制七、多媒体功能多媒体功能视频服务语音服务动画服务综合显示服务语音报警电话语音报警及信息查询语音朗读语音控制三、水电厂计算机监控系统的基本功能水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 九、仿真培训功能十、专家系统功能运行操作安全分析事故分析处理智能报警设备状态检修八、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水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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：1～30s事件顺序记录（SOE）点分辨率：小于等于5～20ms（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。水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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1～2s。（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。四、水电厂计算机监控系统的性能指标水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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。（MeanTimeBetweenFailures）（2）平均停运时间（MDT）：系统的维修停机时间。（MeanDownTime）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水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 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、可维修性的衡量指标平均修复时间（MTTR）：即系统的修复所用时间。（MeanTimeToRepair）平均修复时间(MTTR)参数一般由制造商提供，当不包括管理辅助时间和运送时间时，一般取0.5～1h。2、具体要求四、水电厂计算机监控系统的性能指标水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 四、可用性可用性：可用性也称可利用率，它是表征计算机监控系统在任何需要时间内能够工作的指标。1、可利用率的表达式A=———————Ｘ100%MTBFMTBF+MDT其中：MTBF：平均故障间隔时间，单位小时。MDT:平均停运时间,单位小时。2、具体要求：99.9%、99.7%、99.5%四、水电厂计算机监控系统的性能指标水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 五、系统安全性（1）操作安全性（2）通信安全性（3）固件设计安全性六、可扩性1、根据实际需要，预留10%以上的备用点、布线点和空位点设备。2、电厂控制级计算机的存储器容量应有40%以上的余度。3、应留有扩充现地控制单元、外围设备或系统通信的接口。4、通道的容量应留有足够的余度，期望的通道利用率应小于50%。四、水电厂计算机监控系统的性能指标水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 七、可变性可变性：可变性是指对监控系统中输入、输出点的参数或结构配置能够根据实际需要进行改变的能力。一般需要改变的内容包括：输入、输出点说明的改变；模拟量输入、输出点限值及限制值死区和工程单位标度的改变；控制点时间参数的改变等。四、水电厂计算机监控系统的性能指标水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 第1～2章作业一、画结构示意图说明水电厂集中式计算机监控系统、分散式计算机监控系统和分层分布式计算机监控系统的特点和应用范围。二、简要说明值班与值守、无人值班与“无人值班”（少人值守）的概念。三、简要说明简要说明水电厂计算机监控系统层次的划分和各层的功能。四、说明水电厂计算机监控系统的主要功能有哪些？五、解释MTBF、MDT、MTTR及可利用率A的含义并说明提高监控系统可利用率的途径。水电厂计算机监控系统长春工程学院能源动力工程学院 ThankYou!登高使人心旷，临流使人意远；读书于雨雪之夜，使人神清；舒啸于丘阜之巅，使人兴迈。