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智能水电厂


智能水电厂

汇报提纲
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1.智能水电厂的提出 2.智能水电厂的概述

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3.以东北电网白山发电厂智能化改造为例介绍 其计算机监控系统

智能水电厂的提出
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1.智能电网的要求 2.数字化变电站(IE

C61850)

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智能电网的要求
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按照国网公司提出的“坚强可靠、经济高效、清洁环 保、透明开放、友好互动”智能电网的理念,2010年 国网东北有限公司决定以白山发电厂作为试点,开展 智能化水电厂的建设,通过水电机组状态检修、水电 厂计算机监控系统、梯级水电站群经济运行、大坝安 全监测、基础自动化、通信网络等方面的智能化改造, 全面提升白山发电厂的安全稳定经济运行水平,提高 设备的可观性、可控性、可调性,实现机组并网快速 化、安全化、标准化和智能化,提升网厂智能协调水 平。

数字化变电站(IEC61850)
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以IEC61850通信标准在数字化变电站中的应 用为现实基础,将其延伸至水电厂的应用。 结合水电厂与变电站的不同之处,提出一种适 合水电厂智能化的实现方案。 最终实现IEC61850在智能水电厂中的应用。

智能水电厂的概述
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智能化水电厂通过采用先进的传感器、电子、 信息、通信、控制、智能分析软件等技术,建 立全厂信息采集、传输、分析、处理的统一信 息平台,实现水电厂的自动运行控制、设备状 态检修、经济运行、运行状态自适应、分布协 同控制、智能分析决策等高级应用功能,实现 信息化、自动化、互动化。

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通过智能水电厂建设,实现一次设备智能化, 二次设备网络化数字化,数据的采集和传输光 纤化,全厂数据共享互动化,各信息系统之间 有机配合与互操作,减少设备重复建设,节约 大量二次电缆,解决电站抗干扰问题,提高设 备及系统的可靠性和实时性,最终减少电站投 资。

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建设智能水电厂,目的是提升水电厂的安全和 经济运行水平,进一步提高机组的可观性、可 控性和可调性,提升网厂之间的智能协调水平。 由于国内在智能水电厂方面刚刚起步研究,加 强智能水电厂的概念、目标、功能、系统配置 及系统间互动的研究,有利于推动计算机监控 系统、机组状态检修、水电厂经济运行等方面 研究的展开。

白山水电厂智能化规划设计方案 ——计算机监控系统
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2010年3月东北电网公司“白山发电厂智能化水电厂改造规划设计”研 讨会的邀请,北京中水科水电科技开发有限公司、国网电力科学研究院 等5家设计、科研单位应邀出席了会议。 2010年5月东北电网公司对《东北电网有限公司直属水电厂智能化规划 纲要》、《白山发电厂智能化水电厂规划设计》等纲领性文件的评审, 东北电网公司直属水电厂智能化规划等工作基本告一段落,水电厂智能 化改造进入全面建设阶段。 2010年10月东北电网智能化水电厂2010年建设项目方案细节 确定。 2011年1月东北电网公司白山厂统一时钟系统建设项目作为该厂第一台 智能化水电厂改造项目,于1月4日正式开工,由此也拉开了该厂智能化 水电厂建设的帷幕。 整个电厂的改造工作由我们公司来完成,集成化统一平台由南瑞集团实 施。

现实状况
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白山发电厂经过多年的不懈努力,在国内已率先建立了梯级集控 中心监控、电站监控、水情水调、机组状态监测、继电保护、大 坝监测、计量等自动化系统也初具规模。随着技术的不断进步和 理念的不断创新,上述系统和装置等二次系统也日臻完善,为白 山发电厂智能化建设提供了必要的条件和基础。 由于缺少统一的接口标准和数据结构模型,各自动化设备和系统 间接口复杂,难以相互兼容与互操作,实现系统管理和数据共享 困难,对水电站生产管理和自动化技术的进一步提高形成制约。 互操作问题。不同厂家通信体系结构不统一,设备间通信协议和 接口自成体系,给同一厂家不同时期产品维护带来困难,使得不 同厂家设备间的互操作性不易实现。这些问题给设计、集成、测 试、后期维护、升级带来了很大的困难,也降低了系统的可靠性。

智能化建设总目标

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远方智能控制:完成梯级电站计算机监控系统 的智能化升级,通过对通信传输和计算机网络 系统的改造,在吉林市实现白山梯级电站远方 智能集中控制。

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全厂经济运行:完成水情、气象、水调和防汛 决策指挥等系统的智能化建设,实现白山梯级 水库智能化联合调度,提高全厂经济运行水平。 状态检修:完成全厂状态检修系统的智能化建 设,实现对水轮发电机组、变压器、断路器等 主要发电设备及水工建筑物的在线状态监测和 故障智能诊断,提高设备故障诊断水平,减少 运行维护及检修成本。

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完成大坝安全监测系统智能化建设,为各种水 工建筑物的安全生产决策提供科学的依据。 建设数据信息平台:完成数据信息统一平台建 设,实现各生产自动化系统、管理信息化系统 数据的共享与综合应用。 提高经济效益:完成基础自动化系统智能化建 设,提高设备安全运行水平,全面提升经济效 益,提高全员劳动生产率,降低劳动强度。

智能化水电厂的优点
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基于高速工业以太网交换技术,实现了全站信 息的共享。采用“点对点”方式只能在间隔内 共享过程层信息。采用高速工业以太网交换技 术可以共享全部过程层实时数据,使间隔层装 置可以基于全厂电压、电流信息和开关量信息 实现保护和控制功能。

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实现了自动化功能的整合,简化现有的水电厂 监测设备,系统更为经济、可靠。仅用一套间 隔层测控装置实现保护、测控、录波、测距、 选线等自动化功能,使现场设备大大减少和简 化,显著降低了一次性设备成本和运行维护成 本;同时由于装置减少和消除了复杂的电缆接 线,大大提高了整个系统的可靠性。

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基于全站信息共享实现集中保护、测控功能, 可以充分发挥智能水电厂的技术优势,提高系 统的自动化水平。智能水电厂中采用电子式互 感器和智能高压电气等过程层设备,在过程层 实现了电气信息的数字化,不仅避免了传统方 式下的电缆连接,也使数据的统一和共享成为 可能。

智能化水电厂计算机监控系统设计依据

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智能化水电厂计算机监控系统设计应遵循 IEC61850、IEC60870和国家的相关标准

智能水电厂系统结构

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智能水电厂自动化系统的结构,在物理上可分 为两类,即智能化的一次设备和网络化的二次 设备;在逻辑结构上可分为三个层次,根据 1EC61850通信协议定义,这三个层次分别称 为“过程层”、“间隔层”、“站控层”。各 层次内部及层次之间采用高速网络通信。其中, 站控层与间隔层网络采用交换式以太网,介质 可选双绞线。间隔层与过程层的网络也采用交 换式以太网,介质应采用单模光纤。

智能化水电厂结构图

过程层
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过程层是一次设备与二次设备的结合面,或 者说是指智能化电气设备的智能化部分 实时电气量检测 状态参数在线检测与统计 操作控制的执行与驱动

间隔层

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汇总本间隔过程层实时数据信息 实施对一次设备保护控制功能 实施本间隔操作闭锁功能 实施操作同期及其他控制功能 对数据采集、统计运算及控制命令的发出,具 有优先级别的控制 承上启下的通信功能,即同时高速完成与过程 层及站控层的网络通信功能

站控层

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通过两级高速网络汇总全站的实时数据信息, 不断刷新实时数据库,按时登录历史数据库。 按既定规约,将有关数据信息送往调度或控制 中心 。 接收调度或控制中心有关控制命令,转间隔层、 过程层执行 。 具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能

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具有(或备有)站内当地监控,人机联系功能。 如显示、操作、打印、报警,甚至图像、声音 等多媒体功能 。 具有对间隔层、过程层诸设备的在线维护、在 线组态,在线修改参数的功能。

计算机监控系统改造方案
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2010年10月--2011年6月为第一阶段。主要完 成白山发电厂计算机监控系统的软件升级改造, 可保留主要计算机设备和PLC,进行软件和少 量硬件升级,使升级到H9000 V4.0,显著提 升系统的智能化水平,优化系统性能。对于现 地层智能设备数据通讯,优先采用现场总线方 式实现设备间数据交换,其他数据可通过 IEC61850通信网关或常规网关方式实现接入。

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2011年6月-2012年1月为第二阶段。主要完成IEC61850标准接口开发, 实现对符合IEC61850的IED设备的接入计算机监控系统。 系统采用两层结构,即一次设备仍采用传统的PT/CT,站控层和间隔层 采用IEC61850-8-1通信。 和支持IEC61850的IED设备通信仍采用IEC61850网关的方式。通过在 站控层增加2台IEC61850网关以及为每一个LCU增加一个IEC61850网关, 提供系统IEC61850标准接口,支持符合IEC61850标准的数字化保护或 者IED设备的接入。IEC61850网关与支持IEC61850的IED设备通过 IEC61850-8-1进行通信,实现对数字化保护和测控装置的数据采集和控 制。

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PLC更换为支持IEC61850的PLC,具有接入 非常规PT/CT和开关控制器的能力,LCU与站 控层通信采用私有规约。 间隔层设备(包括机组LCU、开关站LCU、公 用LCU)的数据来自合并单元,合并单元可以 IEC61850-9-1,IEC61850-9-2发送采样值。 间隔层设备对开关量的控制通过向开关控制器 发送GOOSE报文实现

智能化水电厂软件结构

改造后系统的主要功能
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智能数据处理与报警技术 具有自学习功能的自动发电控制技术 系统的安全防误措施 智能化信息查询与数据挖掘技术 设备运行工况智能统计分析与管理 系统智能自诊断技术 事故处理专家系统 WEB信息发布系统 分布式全厂卫星时钟同步技术

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