專利名稱：火電廠廠級(jí)負(fù)荷和電壓一體化自動(dòng)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱電廠發(fā)電自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。特別涉及一種火電廠廠級(jí)負(fù)荷和電壓一體化自動(dòng)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，火電廠廠級(jí)負(fù)荷分配系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱:LDC)和廠級(jí)電壓自動(dòng)控制系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱:AVC)為兩套獨(dú)立運(yùn)行的系統(tǒng)，每套系統(tǒng)均有獨(dú)立的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和監(jiān)控組態(tài)軟件。LDC和AVC雖然功能不同，但是采集的數(shù)據(jù)有很大部分重疊，如火電廠各機(jī)組發(fā)電機(jī)端有功功率、無(wú)功功率、母線電壓等模擬量數(shù)值，又如機(jī)組狀態(tài)、控制系統(tǒng)投切等開(kāi)關(guān)量，同時(shí)這兩套系統(tǒng)均需接受電網(wǎng)調(diào)度指令。顯然，兩套獨(dú)立運(yùn)行LDC和AVC造成了設(shè)備的重復(fù)配置，浪費(fèi)了資源，增加了投資；同時(shí)兩套獨(dú)立的系統(tǒng)，也增加了日后運(yùn)行維護(hù)的成本，因此本發(fā)明設(shè)計(jì)出一種火電廠廠級(jí)負(fù)荷和電壓一體化自動(dòng)控制系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱:AGVO0

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有LDC和AVC硬件重復(fù)配置和負(fù)荷優(yōu)化分配算法存在的不足，提出一種火電廠廠級(jí)負(fù)荷和電壓一體化自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，該一體化自動(dòng)控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視、控制和通訊網(wǎng)絡(luò)四部分組成；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為:第一 OPC服務(wù)器1、第二 OPC服務(wù)器2、第一機(jī)組OPC客戶端-第N機(jī)組OPC客戶端分別通過(guò)第一網(wǎng)線1、第二網(wǎng)線2同第一交換機(jī)1、第二交換機(jī)2連接；第一控制器I第二控制器2分別通過(guò)第一網(wǎng)線1、第二網(wǎng)線2和第一交換機(jī)1、第二交換機(jī)2相連，第一控制器1、第二控制器2分別與第一 CAN總線1、第二 CAN總線2連接，第一控制器I和第二控制器2之間通過(guò)通訊電纜3互連；第一輸入輸出模塊7、第二輸入輸出模塊8、第三輸入輸出模塊9和第三方通訊模塊10同時(shí)并接第一 CAN總線1、第二 CAN總線2上；第一輸入輸出模塊7和第二輸入輸出模塊8分別通過(guò)數(shù)據(jù)線與遠(yuǎn)程終端6連接，遠(yuǎn)程終端6通過(guò)通訊光纜4電網(wǎng)調(diào)度中心連接。所述控制部分由相互冗余的第一控制器1、第二控制器2組成，均為PLC可編程邏輯控制器，實(shí)現(xiàn)運(yùn)算、邏輯控制和通信功能；負(fù)責(zé)執(zhí)行優(yōu)化分配算法，是核心的控制模件。所述數(shù)據(jù)米集系統(tǒng)由第一輸入輸出模塊7、第二輸入輸出模塊8、第三輸入輸出模塊9和第三方通訊模塊10組成，均包含Α/D (模/數(shù))轉(zhuǎn)換和D/Α (數(shù)/模)轉(zhuǎn)換，將輸入模件采集的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，輸出模件輸出數(shù)字量；上述輸入輸出模塊均有光耦隔離保護(hù)，每個(gè)模塊分別連接相互冗余的第一 CAN總線1、第二 CAN總線2，通過(guò)CAN總線和控制器通信。所述通訊網(wǎng)絡(luò)由兩臺(tái)交換機(jī)和網(wǎng)線、光纖組成，通訊協(xié)議為TCP/IP協(xié)議，其中交換機(jī)為光口、電口混合；當(dāng)距離小于75米，使用電口和網(wǎng)線；大于75米，則使用光纖和光□。
所述監(jiān)視部分由遠(yuǎn)程終端、電網(wǎng)調(diào)度中心、工控機(jī)和安裝于工控機(jī)上的監(jiān)控組態(tài)軟件構(gòu)成，監(jiān)控軟件包含人機(jī)交互接口，操作員通過(guò)人機(jī)交互接口監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)工況和發(fā)出控制指令，組態(tài)軟件允許具有一定權(quán)限的人員查看控制器中變量的狀態(tài)，修改下裝邏輯組態(tài)，對(duì)控制邏輯進(jìn)行調(diào)試。所述第二 OPC服務(wù)器2輸出與打印機(jī)11連接。所述第一 OPC服務(wù)器1、第二 OPC服務(wù)器2相互冗余。所述第一網(wǎng)線1、第二網(wǎng)線2相互冗余。所述第一交換機(jī)1、第二交換機(jī)2相互冗余。所述第三方通訊模塊為通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，包含Α/D模/數(shù)轉(zhuǎn)換和D/Α數(shù)/模轉(zhuǎn)換，將輸入模件采集的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，輸出模件輸出數(shù)字量；將常用現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議(如MODBUS，PR0FIBUS等)轉(zhuǎn)換為機(jī)柜內(nèi)CAN總線協(xié)議，以提高AGVC系統(tǒng)的兼容性。本發(fā)明的有益效果是該一體化控制系統(tǒng)可完成廠級(jí)負(fù)荷自動(dòng)優(yōu)化分配和廠級(jí)電壓自動(dòng)控制的功能，實(shí)現(xiàn)了廠級(jí)負(fù)荷/電壓一體化控制；特別是廠級(jí)負(fù)荷二次調(diào)整優(yōu)化分配策略在提高全廠負(fù)荷響應(yīng)速度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了負(fù)荷最優(yōu)分配，保證全廠較好的經(jīng)濟(jì)性。，節(jié)約了投資和維護(hù)費(fèi)用。


圖1是廠級(jí)負(fù)荷/電壓一體化自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖2是控制柜結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出一種火電廠廠級(jí)負(fù)荷和電壓一體化自動(dòng)控制系統(tǒng)。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。該一體化自動(dòng)控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視、控制和通訊網(wǎng)絡(luò)四部分組成。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1、圖2。相互冗余的第一 OPC服務(wù)器I和第二 OPC服務(wù)器2、第一機(jī)組OPC客戶端至第N機(jī)組OPC客戶端分別通過(guò)第一網(wǎng)線1、第二網(wǎng)線2同第一交換機(jī)1、第二交換機(jī)2連接(N為全廠機(jī)組總數(shù))，第二 OPC服務(wù)器2輸出與打印機(jī)11連接。在控制柜13內(nèi)，第一控制器I第二控制器2分別通過(guò)第一網(wǎng)線1、第二網(wǎng)線2和第一交換機(jī)1、第二交換機(jī)2相連，第一控制器
1、第二控制器2分別與第一 CAN總線1、第二 CAN總線2連接，第一控制器I和第二控制器2之間通過(guò)通訊電纜3互連；第一輸入輸出模塊7、第二輸入輸出模塊8、第三輸入輸出模塊9和第三方通訊模塊10同時(shí)并接第一 CAN總線1、第二 CAN總線2上，在控制柜13下部，安裝空氣開(kāi)關(guān)組，空氣開(kāi)關(guān)組兩側(cè)分別安裝電源模塊，及電壓表、電流表、LED指示燈和開(kāi)關(guān)，分別連接至交流電源I和交流電源2 (如圖2所示)，電源模塊輸出的電壓由空氣開(kāi)關(guān)組連接至相應(yīng)的部件。第一輸入輸出模塊7和第二輸入輸出模塊8分別通過(guò)數(shù)據(jù)線與遠(yuǎn)程終端6連接，遠(yuǎn)程終端6通過(guò)通訊光纜4電網(wǎng)調(diào)度中心連接。遠(yuǎn)程終端6通過(guò)通訊光纜4向電網(wǎng)調(diào)度中心12傳送機(jī)組信息(104規(guī)約)，同時(shí)也接受調(diào)度指令。為了保證調(diào)度指令和遠(yuǎn)傳信息的可靠性，遠(yuǎn)程終端6通過(guò)數(shù)據(jù)線5和AGVC進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。所述控制部分由相互冗余的第一控制器1、第二控制器2組成，均為PLC可編程邏輯控制器，實(shí)現(xiàn)運(yùn)算、邏輯控制和通信功能；負(fù)責(zé)執(zhí)行優(yōu)化分配算法，是核心的控制模件。所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由第一輸入輸出模塊7、第二輸入輸出模塊8、第三輸入輸出模塊9和第三方通訊模塊10組成，均包含Α/D模/數(shù)轉(zhuǎn)換和D/Α數(shù)/模轉(zhuǎn)換，將輸入模件采集的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，輸出模件輸出數(shù)字量；上述輸入輸出模塊均有光耦隔離保護(hù)，每個(gè)模塊分別連接相互冗余的第一 CAN總線1、第二 CAN總線2，通過(guò)CAN總線和控制器通信。所述通訊網(wǎng)絡(luò)由兩臺(tái)相互冗余的交換機(jī)和相互冗余的網(wǎng)線、光纖組成，通訊協(xié)議為TCP/IP協(xié)議，其中交換機(jī)為光口、電口混合；當(dāng)距離小于75米，使用電口和網(wǎng)線；大于75米，則使用光纖和光口。所述監(jiān)視部分由遠(yuǎn)程終端、電網(wǎng)調(diào)度中心、工控機(jī)和安裝于工控機(jī)上的監(jiān)控組態(tài)軟件構(gòu)成，監(jiān)控軟件包含人機(jī)交互接口，操作員通過(guò)人機(jī)交互接口監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)工況和發(fā)出控制指令，組態(tài)軟件允許具有一定權(quán)限的人員查看控制器中變量的狀態(tài)，修改下裝邏輯組態(tài)，對(duì)控制邏輯進(jìn)行調(diào)試。圖1中各機(jī)組OPC客戶端可選擇機(jī)組分散控制系統(tǒng)(DCS)歷史數(shù)據(jù)服務(wù)器，由于OPC是基于Windows操作系統(tǒng)的分散控制通訊方式。對(duì)于非Windows操作系統(tǒng)可通過(guò)第三方通訊模塊，使用RS485總線，按照通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)。其控制流程為:由輸入輸出模塊現(xiàn)場(chǎng)采集信號(hào)(各機(jī)組狀態(tài))，經(jīng)兩條互為冗余的CAN總線進(jìn)入第一控制器1、第二控制器2 ;調(diào)度指令通過(guò)通訊光纜接入遠(yuǎn)程終端，通過(guò)若干數(shù)據(jù)線進(jìn)入輸入輸出模塊；通過(guò)負(fù)荷優(yōu)化分配算法和電壓自動(dòng)控制算法，計(jì)算出各機(jī)組所分配的有功、無(wú)功功率，由輸出類I/O模塊(A0，D0)進(jìn)入各機(jī)組分散控制系統(tǒng)(DCS)系統(tǒng)和勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)(AVR)，最終由各機(jī)組的執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成負(fù)荷、電壓的調(diào)整。關(guān)于廠級(jí)負(fù)荷優(yōu)化分配算法:變量聲明:PMf電網(wǎng)調(diào)度負(fù)荷指令，Pi為第i臺(tái)機(jī)組輸出的有功功率，APmajh,APmiim分別為第i臺(tái)機(jī)組負(fù)荷增量的上下限，N為該廠總運(yùn)行機(jī)組數(shù)Ji(Pi)為第i臺(tái)機(jī)組煤耗曲線。①根據(jù)煤耗有功功率歷史數(shù)據(jù)擬合機(jī)組煤耗曲線:(Fi, PJm為第i臺(tái)機(jī)組M組煤耗功率歷史數(shù)據(jù)，Ci為待求的擬合系數(shù)。由最小二乘法曲線擬合，則二次擬合法方程組為:
權(quán)利要求
1.一種火電廠廠級(jí)負(fù)荷和電壓一體化自動(dòng)控制系統(tǒng),其特征在于,該一體化自動(dòng)控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視、控制和通訊網(wǎng)絡(luò)四部分組成，集成了廠級(jí)負(fù)荷優(yōu)化分配和廠級(jí)電壓自動(dòng)控制的功能；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為: 第一 OPC服務(wù)器(I)、第二 OPC服務(wù)器(2)、第一機(jī)組OPC客戶端-第N機(jī)組OPC客戶端分別通過(guò)第一網(wǎng)線(I)、第二網(wǎng)線(2)同第一交換機(jī)(I)、第二交換機(jī)(2)連接；第一控制器(I)第二控制器(2)分別通過(guò)第一網(wǎng)線(I)、第二網(wǎng)線(2)和第一交換機(jī)(I)、第二交換機(jī)(2)相連，第一控制器(I)、第二控制器(2)分別與第一 CAN總線(I)、第二 CAN總線(2)連接，第一控制器(I)和第二控制器(2)之間通過(guò)通訊電纜(3)互連；第一輸入輸出模塊(7)、第二輸入輸出模塊(8)、第三輸入輸出模塊(9)和第三方通訊模塊(10)同時(shí)并接第一 CAN總線(I)、第二 CAN總線(2)上；第一輸入輸出模塊(7)和第二輸入輸出模塊(8)分別通過(guò)數(shù)據(jù)線(5 )與遠(yuǎn)程終端(6 )連接，遠(yuǎn)程終端(6 )通過(guò)通訊光纜(4)電網(wǎng)調(diào)度中心(12 )連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種火電廠廠級(jí)負(fù)荷和電壓一體化自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制部分由相互冗余的第一控制器(I)、第二控制器(2)組成，均為PLC可編程邏輯控制器，實(shí)現(xiàn)運(yùn)算、邏輯控制和通信功能；負(fù)責(zé)執(zhí)行優(yōu)化分配算法，是核心的控制模件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種火電廠廠級(jí)負(fù)荷和電壓一體化自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)米集系統(tǒng)由第一輸入輸出模塊(7)、第二輸入輸出模塊(8)、第三輸入輸出模塊(9)和第三方通訊模塊(10)組成，均包含Α/D (模/數(shù))轉(zhuǎn)換和D/Α (數(shù)/模)轉(zhuǎn)換，將輸入模件采集的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，輸出模件輸出數(shù)字量；上述輸入輸出模塊均有光耦隔離保護(hù)，每個(gè)模塊分別連接相互冗余的第一 CAN總線(I )、第二 CAN總線(2)，通過(guò)一對(duì)相互冗余的CAN總線和控制器通信。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種火電廠廠級(jí)負(fù)荷和電壓一體化自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述通訊網(wǎng)絡(luò)由兩臺(tái)交換機(jī)和網(wǎng)線、光纖組成，通訊協(xié)議為TCP/IP協(xié)議，其中交換機(jī)為光口、電口混合；當(dāng)距離小于75米，使用電口和網(wǎng)線；大于75米，則使用光纖和光口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種火電廠廠級(jí)負(fù)荷和電壓一體化自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述監(jiān)視部分由遠(yuǎn)程終端、工控機(jī)和安裝于工控機(jī)上的監(jiān)控組態(tài)軟件構(gòu)成，監(jiān)控軟件包含人機(jī)交互接口，操作員通過(guò)人機(jī)交互接口監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)工況和發(fā)出控制指令，組態(tài)軟件允許具有一定權(quán)限的人員查看控制器中變量的狀態(tài)，修改下裝邏輯組態(tài)，對(duì)控制邏輯進(jìn)行調(diào)試。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種火電廠廠級(jí)負(fù)荷和電壓一體化自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第二 OPC服務(wù)器(2)輸出與打印機(jī)(11)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種火電廠廠級(jí)負(fù)荷和電壓一體化自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一 OPC服務(wù)器(I )、第二 OPC服務(wù)器(2)相互冗余。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種火電廠廠級(jí)負(fù)荷和電壓一體化自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一網(wǎng)線(I)、第二網(wǎng)線(2)相互冗余。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種火電廠廠級(jí)負(fù)荷和電壓一體化自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一交換機(jī)(I)、第二交換機(jī)(2 )相互冗余。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種廠級(jí)負(fù)荷和電壓一體化自動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第三方通訊模塊為通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊，包含Α/D模/數(shù)轉(zhuǎn)換和D/Α數(shù)/模轉(zhuǎn)換，將輸入模件采集的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，輸出模件輸出數(shù)字量；將常用現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議轉(zhuǎn)換為機(jī)柜內(nèi)CAN總線協(xié)議，以提高AGVC系統(tǒng)的兼容性。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了屬于熱電廠發(fā)電自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域的一種火電廠廠級(jí)負(fù)荷和電壓一體化自動(dòng)控制系統(tǒng)。該一體化自動(dòng)控制系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集、監(jiān)視、控制和通訊網(wǎng)絡(luò)四部分組成。該系統(tǒng)可同時(shí)對(duì)廠級(jí)負(fù)荷進(jìn)行優(yōu)化分配和電壓自動(dòng)控制。該系統(tǒng)可無(wú)縫嵌入火電廠原分散控制系統(tǒng)和磁力調(diào)節(jié)系統(tǒng)，調(diào)度指令和上傳到調(diào)度中心的信息，經(jīng)遠(yuǎn)程終端，輸入/輸出模塊，數(shù)據(jù)采集和優(yōu)化分配控制程序由一套可編程邏輯控制器和若干輸入/輸出模件實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)的電源，通訊和控制器均為雙冗余配置。將LDC和AVC融合為一體化控制系統(tǒng)，節(jié)約了場(chǎng)地，投資，安裝調(diào)試時(shí)間和運(yùn)維費(fèi)用。該控制策略簡(jiǎn)單易懂，在線計(jì)算量小，保持了全長(zhǎng)較好的經(jīng)濟(jì)性，可滿足多種工況的要求。
文檔編號(hào)G05B19/418GK103197641SQ20131010260
公開(kāi)日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月27日
發(fā)明者牛玉廣, 李曉明 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)