水电站增加生物质发电装置的dcs控制保护系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及发电装置的控制保护技术领域，尤其涉及一种水电站增加生物质发电装置的DCS控制保护系统。
【背景技术】
[0002]生物质(B1mass)包括农作物、树木等植物及其残体、畜禽粪便、有机废弃物等，通过工业加工转化，可生产生物基产品(B1basedproducts )、生物燃料(B1fuels)和生物能源(B1energy)。地球上光合作用每年生产约2200亿吨干生物质，相当于全球能源消耗总量的1倍。
[0003]据统计，我国农作物秸杆尚有60%可用于能源用途，约合2.1亿t标煤，有约40%的森林开采剩余物未加工利用，现有可供开发的生物质能源至少能达4.5亿t标煤，同时还有约1.33亿公顷宜农宜林荒山荒地，可以用于发展能源农业和能源林业。
[0004]随着我国城市化进程的加快，一方面农村人口逐渐减少，加之农村电气化以电代柴的实施和大力植树造林，我国尤其是南方地区，森林覆盖率大幅度提高，广大山区和丘陵区农作物秸杆、林业废弃物枝桠、边角材、薪炭林等生物质资源量越来越大。以四川西南部地区为例，随着城镇化伴随的农村人口的减少和以电代柴的发展，农村闲置土地、林地流转为规模庞大的成片经济林(竹)，成品材与采伐废弃枝桠边角材约为1: 0.6，目前已进入间(采)伐期，大量枝桠、边角材废弃在林场内，不仅增加下次采伐难度和成本，还会增加林地维护成本和森林火灾风险。此外大量的薪炭林由于需求减少，无法更新，已出现过熟现象，虽对环境不至造成影响，但从资源利用来讲是一种巨大的浪费。另一方面，广大山区和丘陵区由于农牧民文化、技能、交通等诸多因素的制约，守着丰富的生物质资源，长期处于贫困状态，精准扶贫已上升为国家工程。
[0005]自2005年2月28日中华人民共和国第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议通过《中华人民共和国可再生能源法》以来，我国生物质发电受国家鼓励可再生清洁能源政策的引导，逐渐兴起。按照《国家应对气候变化规划(2014 — 2020年)))，到2020年我国生物质发电装机容量达到3000万kw。截至2015年底，全国生物质能发电装机容量已达到1300万kw，年发电量780亿kwh。目前还主要以农作物秸杆、蔗渣、酒糟为原料，森林开采剩余物、薪炭林资源尚待进一步开发利用。
[0006]常规的生物质发电厂，不仅有原料系统、生物质锅炉(或生物质气化炉)系统、汽轮发电机组(或燃气轮发电机组)系统，升压站、输电线路及控制保护系统和调度通讯系统，还需配套生活、后勤、办公等部分或全部非生产性设施。综合投资一般在10000元/kw左右，是常规燃煤火电厂的两倍以上，设计年利用小时一般为7000?800011。2015年全国平均实际发电小时约在5900h左右。生物质发电厂一般只发有功电量，其励磁系统无过励要求，不做调相运行。主要存在四大问题:一是单位千瓦投资大，导致其固定成本高;二是燃料成本占比高，尤其是燃料的物流成本较高，收贮的原料含水率高(40%左右)；三是原料供应不稳定；四是生物质锅炉燃烧及热效率较低。如何降低其单位千瓦投资，降低燃料成本，尤其是燃料的物流成本，保证原料稳定供应，提高生物质锅炉燃烧效率和热效率是生物质发电能否健康发展壮大的关键。
[0007]此外，我国还是水电资源大国。截至2015年底，我国水电装机容量突破3亿Kw，占全球的27 %。我国水电资源主要集中在金沙江、雅砻江、大渡河、澜沧江、乌江及长江、黄河上游其它地区。云南、贵州、四川、西藏、重庆的水电资源量约占全国的2/3。目前我国已建成投产中小型水电站近10万座，总装机容量近3000万Kw，占全国水电总装机容量的10%，装机利用小时平均近3000h，年发电量约900亿Kwh。作为清洁能源，为我国农村电气化和边远地区经济发展做出了重要贡献。
[0008]然而，水电发电量主要受控于天然来水，目前发电设备年利用小时低，丰水期(每年6?10月，共5个月，下同)发电量较集中，平均出力占装机容量的40%?100%，极限出力达到105%，在水电集中区，由于区域降水集中，往往出现普遍超负荷发电情况，导致系统有功过量，无功不足，平水期(每年5、11月，共2个月，下同)平均出力占装机容量的20%?50%，枯水期(每年I?4和12月，共5个月，下同)平均出力占装机容量的8%?30%。从多年平均发电量来看，丰水期发电量约占全年发电量的60%?80%，平、枯水期发有功电量约占全年发电量的20%?40%。丰枯矛盾突出，不少水电站甚至成为季节性发电站，枯水期因来水量过小出现关门停产的状况，水电站配套投资建设的输变电设施在平、枯水期利用率非常低。总体而言，我国水电站由于平水期、枯水期发电量少和配套投资建设的输变电设施利用率低，固定成本摊销大，普遍处于微利或亏损状态。
[0009]水电站一般地处山区和丘陵区，周边生物质资源十分丰富，为了利用当地丰富且可贮存的生物质资源，本发明人公开了《水电站增加生物质发电装置的资源综合利用方法》(专利申请号201610071342.1)，可以在水电站内或附近增加生物质发电装置，在丰水期调相运行，平、枯水期发有功电量，从而提高水电站平水期和枯水期的供电量和资产利用率，盘活平、枯水期输变电设施近乎闲置的存量资产，缓减电网丰枯矛盾，降低生物质发电装置投资，降低生物质原料物流成本，既提高水电站经营效益，又增加水电站周边农牧民收入，达到精准扶贫的效果，实现水能资源、生物质资源以及水电站存量资产的综合利用和价值最大化。
[0010]从上世纪五十年代水电站兴起至今，水电站控制保护系统经历了从电磁式到DCS控制保护的渐进发展过程，中间有多个升级版本，而生物质发电装置是近年才发展起来的新生事物，其控制保护系统直接进入DCS控制保护阶段。如何在水电站增加生物质发电装置后将不同发展阶段(版本)的两种控制保护系统利用水电站中心控制室这一平台整合为一个系统，既节约基建投资，又减少运行人员，降低管理成本，提高劳动生产率，业内未见尝试。
【发明内容】
[0011]针对现有技术之不足，本发明提供了一种水电站增加生物质发电装置的DCS控制保护系统(为与水电站DCS控制保护系统和生物质DCS控制保护系统相区别，一般简称其为HBDCS控制保护系统)，其包括原水电站控制保护系统和新增的与其网络总线与通信协议一致的生物质发电控制保护装置，所述生物质发电控制保护装置包括生物质发电机组LCU、生物质公用LCU以及生物质发电机保护测控屏。
[0012]根据一个优选实施方式，所述生物质发电机组LCU、生物质公用LCU以及生物质发电机保护测控屏均连接至所述水电站控制保护系统中的通讯电缆上。
[0013]根据一个优选实施方式，所述原水电站控制保护系统为总线型PLC微机监控保护系统或工业以太网DCS微机监控保护系统。
[0014]根据一个优选实施方式，所述原水电站控制保护系统包括服务器、操作站、安防工作站、通讯管理机或以太网交换机、水轮发电机组LCU、水电站公用LCU、水电站发电机保护测控屏、线路保护屏、主变保护测控屏、安防设施、北斗或GPS授时装置、调制解调器、打印机和通讯电缆。
[0015]根据一个优选实施方式，所述工业以太网DCS微机监控保护系统包括单网、双网、单环网和双环网。
[0016]根据一个优选实施方式，所述生物质发电机组LCU为汽轮发电机组LCU或燃气轮发电机组IXU。
[0017]根据一个优选实施方式，所述生物质公用LCU为生物质锅炉及原料输送系统LCU或生物质气化炉及原料输送系统IXU。
[0018]根据一个优选实施方式，所述通讯电缆经由调制解调器连接至电网调度中心。
[0019]本发明具有以下有益效果:
[0020]本发明中生物质发电装