专利名称：具有厂级自动发电控制功能的电力远动主机的制作方法
技术领域：
本发明涉及电气工程技术领域，具体来说，本发明涉及一种具有厂级自动发电控制功能的电力远动主机。
背景技术：
目前，电网对火电厂机组的调度绝大部分采用自动发电控制(AGC)直调方式，即将负荷指令发给每台机组，直接调度每台机组负荷。发电机组AGC的投入对电网的安全稳定、经济运行起到了积极有效的促进作用。但是，目前的负荷调度方式由于不能在发电厂内部实现各台机组负荷的经济分配，同时在一定程度上影响到发电机组的使用寿命和检修成本，已经不能适应当前低碳经济和节能减排的政策要求。为实现电厂内各机组负荷的经济分配，现有的方法是在远动终端(RTU)和分散控制系统(DCS)之间增加一个具有对全厂负荷进行分配功能的独立装置，该装置从RTU读取进行厂级AGC控制所需的数据，经过优化分配后将各机组负荷指令发给机组的DCS系统，同时将厂级AGC控制参数如厂级AGC负荷上下限、全厂负荷调节速率、全厂实发有功功率、各机组厂级AGC运行状态等通过RTU送至调度。这种方法需要增加新增装置和RTU之间的规约通信以及与机组DCS指令接口的通信，加大了整个系统结构的复杂程度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种具有厂级自动发电控制(AGC)功能的电力远动主机，能够在发电厂内各机组间自动进行负荷优化分配。为解决上述技术问题，本发明提供一种具有厂级自动发电控制功能的电力远动主机，与调度能量管理系统/数据采集与监控系统主站(简称调度EMS/SCADA主站)、遥信模块、遥测模块、遥调模块和遥控模块相连，所述电力远动主机包括通信子模块、数据库子模块以及全厂负荷分配子模块；其中，通信子模块，用于在所述调度EMS/SCADA主站与数据库子模块之间，以及在所述遥信模块、遥测模块、遥调模块、遥控模块与数据库子模块之间实现数据通信；数据库子模块，用于存放进行厂级自动发电控制所需的数据，分别与所述通信子模块和所述全厂负荷分配子模块进行数据交互；以及全厂负荷分配子模块，基于存放在所述数据库子模块内的数据，生成调节发电机组有功出力的控制信号，并将所述控制信号依次通过所述数据库子模块和所述通信子模块发送给所述遥调模块。可选地，所述全厂负荷分配子模块包括依次相连的保护约束条件判断单元、机组控制模式判断单元、控制约束条件处理单元和全厂负荷分配计算单元；其中，保护约束条件判断单元，用于判断全厂及各台发电机组是否都满足用户为它们设定的保护约束条件；机组控制模式判断单元，用于判断电厂内所有机组的运行状况和控制模式，并根
4据当前控制模式计算全厂控制参数；控制约束条件处理单元，用于处理为达到所需的控制功能而需要满足的各种控制约束条件；以及全厂负荷分配计算单元，用于根据当前各机组的控制模式，在满足各种控制约束条件的情况下计算电厂内各台发电机组应承担的有功功率，并将全厂负荷指令分配给各机组。可选地，所述全厂负荷分配子模块生成的控制信号为模拟量信号。可选地，所述保护约束条件包括模拟量越限保护条件、状态量闭锁保护条件、通信目标值中断保护条件和硬件故障保护条件。可选地，所述机组控制模式包括非AGC模式，由机组分散控制系统操作人员手动下发指令；传统单机AGC模式，机组投入AGC，并且由调度下发单机指令；机组控制模式，机组投入AGC，但由操作人员通过所述电力远动主机下发单机指令；电厂控制模式，机组投入AGC，由操作员手动下发全厂负荷指令，经所述全厂负荷分配子模块分配后形成机组负荷指令；以及调度控制模式，机组投入AGC，由调度下发全厂负荷指令，经所述全厂负荷分配子模块分配后形成机组负荷指令。可选地，所述控制约束条件包括单机负荷指令在机组可调容量之内、全厂负荷指令在全厂可调容量之间时，各机组需留有的备用容量、全厂有功调节速度需满足的调节速率要求和各机组间负荷率差值的范围。可选地，所述全厂负荷分配计算单元的计算方式包括按照各机组煤耗特性计算或者按照各机组比例系数计算。可选地，所述按照各机组煤耗特性计算的方式包括在满足所述控制约束条件的前提下，通过优化计算分配各机组的负荷使全厂煤耗最低；可选地，所述按照各机组比例系数计算的方式包括将全厂负荷按参与全厂负荷分配的各机组的比例系数分配给各机组。可选地，所述通信子模块包括规约收发单元，用于将数据转换成标准电力规约格式；配置下装程序单元，用于离线或在线配置下装程序；以及数据交换接口单元，分别与所述规约收发单元和所述配置下装程序单元相连，用于在所述规约收发单元与所述数据库子模块之间、所述配置下装程序单元与所述数据库子模块之间、所述遥信模块、遥测模块、遥调模块和遥控模块与所述数据库子模块之间实现数据通信。与现有技术相比，本发明具有以下优点(a).实时同源采集，保证数据一致性和运算精度本发明直接利用电力远动主机的实时数据和其强大的内部处理能力，保证了厂级自动发电控制调节过程中数据的同步性和一致性，并提高了数据的运算精度和实时性。(b).没有通信延时和数据转换精度损失
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本发明自动发电控制目标调节和反馈均在同一电力远动主机中完成，实现实时闭环调节；调节过程中直接使用电力远动主机的数据，数据没有通信时间延迟，没有转换过程中精度损失。(c).优化现有资源本发明在充分发挥了现有电力远动主机的功能的基础上，减少了现场硬件设备的数量，提高了现有设备的利用率。利用现有的电力远动主机设备，减少了现场调试、维护工程量、施工费用、安装空间、节约了调度通道、提高了网络数据安全性；工程上减少了配合厂家，同时降低了调试难度，提高了运行成本；节省了安装时间及用户的前期投资。(d).提高电厂生产灵活性、降低发电成本，实现节能减排本发明提供了多种控制模式，电厂值班人员可以根据机组运行工况改变控制模式或调整机组间的负荷分配，这大大提高了电厂生产的灵活性，而利用全厂负荷分配子模块提供的优化分配结果可以使电厂机组运行在较为经济的状态，可以减少耗煤量，在降低发电成本的同时也实现了节能减排。(e).减小电厂机组异常对电网的冲击在机组发生故障时，本发明的电力远动主机可以自动实现机组间负荷转移，使电厂总有功出力与调度要求一致，减小对电网的冲击。
本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中图1为本发明一个实施例的具有厂级自动发电控制功能的电力远动主机的模块结构示意图；图2为本发明一个实施例的全厂负荷分配子模块的模块结构示意图；图3为本发明一个实施例的通信子模块的模块结构示意图。
具体实施例方式下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。图1为本发明一个实施例的具有厂级自动发电控制功能的电力远动主机的模块结构示意图。如图1所示，该具有厂级自动发电控制功能的电力远动主机1与遥信模块2、 遥测模块3、遥调模块4和遥控模块5通过总线6相连。另外，该电力远动主机1还与调度能量管理系统/数据采集与监控系统主站(简称调度EMS/SCADA主站)7相连。电力远动主机1包括通信子模块11、数据库子模块12以及全厂负荷分配子模块13。其中，通信子模块11用于在调度EMS/SCADA主站7与数据库子模块12之间，以及遥信模块2、遥测模块3、 遥调模块4及遥控模块5与数据库子模块12之间实现数据通信。数据库子模块12用于存放进行厂级自动发电控制所需的数据，分别与通信子模块11和全厂负荷分配子模块13进行数据交互。数据库子模块存放的数据包括遥信模块2和遥测模块3所采集的电厂运行状态量、从调度EMS/SCADA主站7下发的数据、现场工程师根据发电厂实际情况为发电机组配置的保护约束条件参数及有功容量约束参数，具体例如机组AGC投退信号状态、厂级AGC/
6单机AGC切换硬开关状态、机组有功调节上下限、机组有功调节速度、保护/运行反馈信号状态、全厂有功目标值等。全厂负荷分配子模块13基于存放在数据库子模块12内的数据， 生成调节发电机组有功出力的控制信号(可以为模拟量信号)，并将控制信号通过数据库子模块12发送给通信子模块11，通过通信子模块11将该控制信号发送给遥调模块4，最后由遥调模块4发送给参与厂级自动发电控制的发电厂内的各台发电机组的DCS系统，实现厂级自动发电控制。在图1所示的实施例中，电力远动主机1与遥信模块2、遥测模块3、遥调模块4和遥控模块5可以是通过HDLC总线6相连的。然而，电力远动主机1与遥信模块2、遥测模块 3、遥调模块4和遥控模块5也可以是通过网络相互连接的。遥信模块2用于采集现场断路器、隔离刀闸、接地刀闸分合位置等的状态及保护、 运行反馈信号。遥测模块3用于采集现场有功、无功、电压、电流、有功调节速率、温度、档位、压力等变送器直流模拟量输出以及现场线路、母线、母联等电压互感器/电流互感器二次侧交流量输出，并通过采集的电压量、电流量计算有功功率、无功功率、功率因数、频率、 谐波分量等电能参数。遥信模块2和遥测模块3所采集的信号数据均保存到数据库子模块 12，并根据调度EMS/SCADA主站7的要求发送到调度EMS/SCADA主站7。遥调模块4用于各发电机组有功出力控制信号的输出。遥控模块5用于控制现场断路器开关、隔离刀闸、接地刀闸的分合动作、变压器档位的升降动作、电容器投入退出等。图2为本发明一个实施例的全厂负荷分配子模块的模块结构示意图。如图所示， 全厂负荷分配子模块13可以包括保护约束条件判断单元131、机组控制模式判断单元132、 控制约束条件处理单元133以及全厂负荷分配计算单元134，它们依次相连，其中保护约束条件判断单元131用于判断全厂及各台发电机组是否都满足用户为它们设定的保护约束条件，并在不满足的情况下执行预先设定的动作。保护约束条件包括模拟量越限保护条件、状态量闭锁保护条件、通信目标值中断保护条件以及硬件故障保护条件等。机组控制模式判断单元132用于判断电厂内所有机组的运行状况和控制模式，并根据当前控制模式计算全厂控制参数。机组控制模式可以包括由机组分散控制系统操作人员手动下发指令的非自动发电控制(AGC)模式、机组投入AGC，并且由调度下发单机指令的传统单机AGC模式、机组投入 AGC，但由操作人员通过所述电力远动主机下发单机指令的机组控制模式、机组投入AGC，由操作员手动下发全厂负荷指令，经所述全厂负荷分配子模块分配后形成机组负荷指令的电厂控制模式、以及机组投入AGC，由调度下发全厂负荷指令，经所述全厂负荷分配子模块分配后形成机组负荷指令的调度控制模式。当机组控制模式改变时，可以触发全厂负荷分配计算单元134重新分配全厂负荷，以进行负荷转移。控制约束条件处理单元133主要处理为达到所需的控制功能而需要满足的各种约束条件，例如使单机负荷指令在机组可调容量之内的各机组的有功容量约束、当全厂负荷指令在全厂可调容量之间时，为了保证全厂有功调节速度而设置的机组保留容量约束、 使全厂有功调节速度满足调度要求的全厂有功调节速率约束、以及限定各机组间负荷率差值范围的负荷率偏差约束等。控制约束条件处理单元133主要通过合理修改各机组的可调节范围即可调节上下限来实现各种控制要求。
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全厂负荷分配计算单元134用于根据当前各机组的控制模式，在满足各种控制约束条件的情况下计算电场内各台发电机组应承担的有功功率，并将全厂负荷指令分配给各机组。根据分配的依据不同可以分为按照各机组煤耗特性计算进行优化分配和根据各机组比例系数计算进行比例分配两种按照各机组煤耗特性计算进行优化分配时，全厂负荷分配计算单元134根据输入的煤耗特性参数以全厂煤耗最少为目标分配全厂负荷指令。煤耗特性参数通过将机组多个负荷点及其对应的煤耗率拟合为煤耗特性曲线获得。按照各机组比例系数进行比例分配时，全厂负荷分配计算单元134将全厂负荷指令按设定的参与全厂负荷分配的各机组比例系数进行分配，机组分配系数可以根据需要进行修改。用户可根据具体的需求，手动选择全厂负荷分配策略，也可以设定不同的时间段采用不同的分配策略，全厂负荷分配计算单元134会随着系统时间的不同自动切换分配策略。用户也可以在分配完成后手动触发优化分配功能重新分配全厂负荷，或者可以通过手动偏置功能直接修改各机组的目标值。图3为本发明一个实施例的通信子模块的模块结构示意图。如图所示，该通信子模块11可以包括规约收发单元111、配置下装程序单元112和数据交换接口单元113。其中，规约收发单元111用于将数据转换成标准电力规约格式，实现电力远动主机1与调度 EMS/SCADA主站7或其它电力监控设备间的数据交换。配置下装程序单元112用于离线或在线配置下装程序，从而为全厂负荷分配子模块13设置用于自动发电控制的参数，使用户可通过该配置下装程序单元112为电力远动主机1设定保护约束条件和控制约束条件。数据交换接口单元113分别与规约收发单元111和配置下装程序单元112相连，用于在规约收发单元111与数据库子模块12之间、配置下装程序单元112与数据库子模块12之间、遥信模块2、遥测模块3、遥调模块4和遥控模块5与数据库子模块12之间实现数据通信。另外，本发明的配置下装程序单元112可通过数据交换接口单元113直接耦合到全厂负荷分配子模块13，不会影响数据库子模块12的运行，从而能够实现在线配置下装。利用本发明的具有厂级自动发电控制功能的电力远动主机能够实现发电厂的自动发电控制，其具体控制过程主要包括以下步骤步骤1，实时采集进行自动发电控制所需的数据，将采集到的数据发送给调度 EMS/SCADA主站，并实时接收由调度EMS/SCADA主站下达的全厂总有功目标值；上述数据包括每台发电机组的有功功率、无功功率、系统频率、各机组有功调节上下限、机组有功调节速率、断路器位置状态等。步骤2，判断全厂以及各台发电机组是否都满足用户为它们设定的保护约束条件， 如果不满足保护约束条件，则按照预先设定的动作执行。厂级保护约束条件包括调度全厂有功目标异常或与调度通信中断则转到本地控制等条件；机组约束条件包括本远动主机输出机组指令与DCS指令返回值偏差超过设定的死区或机组DCS系统AGC功能退出则退出厂级控制、机组负荷信号故障则将所有机组退出厂级控制等。步骤3，判断各机组的控制模式，确定参与全厂负荷指令分配的机组，并根据机组控制模式和步骤1中所采集到的数据计算全厂自动发电控制相关参数，如全厂有功功率调节上下限、全厂有功实测值等。
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步骤4，根据用户制定的全厂负荷指令分配策略，计算出发电厂内参与自动发电控制的各台发电机组的单机有功功率值。步骤5，将步骤4中分配的结果通过数据库子模块和遥调模块发送给机组的DCS系统，由DCS系统调节机组的有功出力。本发明充分发挥了现有电力远动主机的功能，减少了现场硬件设备的数量，提高了机组有功调节过程中数据的运算精度。根据火电厂各台机组的煤耗率、调节范围、运行工况等性能参数，自动、合理地进行全厂机组负荷优化分配，有效降低发电成本；减少机组的调节频度，提高机组的安全稳定性，延长机组使用寿命，降低维护成本；对电网自动控制则可大幅度精简电力调度控制对象，简化电网调度员对电厂的运行操作。本发明提供的技术符合国家节能减排政策。详细来说，本发明与现有技术相比，具有以下优点(a).实时同源采集，保证数据一致性和运算精度本发明直接利用电力远动主机的实时数据和其强大的内部处理能力，保证了厂级自动发电控制调节过程中数据的同步性和一致性，并提高了数据的运算精度和实时性。(b).没有通信延时和数据转换精度损失本发明自动发电控制目标调节和反馈均在同一电力远动主机中完成，实现实时闭环调节；调节过程中直接使用电力远动主机的数据，数据没有通信时间延迟，没有转换过程中精度损失。(c).优化现有资源本发明在充分发挥了现有电力远动主机的功能的基础上，减少了现场硬件设备的数量，提高了现有设备的利用率。利用现有的电力远动主机设备，减少了现场调试、维护工程量、施工费用、安装空间、节约了调度通道、提高了网络数据安全性；工程上减少了配合厂家，同时降低了调试难度，提高了运行成本；节省了安装时间及用户的前期投资。(d).提高电厂生产灵活性、降低发电成本，实现节能减排本发明提供了多种控制模式，电厂值班人员可以根据机组运行工况改变控制模式或调整机组间的负荷分配，这大大提高了电厂生产的灵活性，而利用全厂负荷分配子模块提供的优化分配结果可以使电厂机组运行在较为经济的状态，可以减少耗煤量，在降低发电成本的同时也实现了节能减排。(e).减小电厂机组异常对电网的冲击在机组发生故障时，本发明的电力远动主机可以自动实现机组间负荷转移，使电厂总有功出力与调度要求一致，减小对电网的冲击。本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
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权利要求
1.一种具有厂级自动发电控制功能的电力远动主机，与调度EMS/SCADA主站、遥信模块、遥测模块、遥调模块和遥控模块相连，所述电力远动主机包括通信子模块、数据库子模块以及全厂负荷分配子模块；其中，通信子模块，用于在所述调度EMS/SCADA主站与数据库子模块之间，以及在所述遥信模块、遥测模块、遥调模块、遥控模块与数据库子模块之间实现数据通信；数据库子模块，用于存放进行厂级自动发电控制所需的数据，分别与所述通信子模块和所述全厂负荷分配子模块进行数据交互；以及全厂负荷分配子模块，基于存放在所述数据库子模块内的数据，生成调节发电机组有功出力的控制信号，并将所述控制信号依次通过所述数据库子模块和所述通信子模块发送给所述遥调模块。
2.根据权利要求1所述的电力远动主机，其特征在于，所述全厂负荷分配子模块包括依次相连的保护约束条件判断单元、机组控制模式判断单元、控制约束条件处理单元和全厂负荷分配计算单元；其中，保护约束条件判断单元，用于判断全厂及各台发电机组是否都满足用户为它们设定的保护约束条件；机组控制模式判断单元，用于判断电厂内所有机组的运行状况和控制模式，并根据当前控制模式计算全厂控制参数；控制约束条件处理单元，用于处理为达到所需的控制功能而需要满足的各种控制约束条件；以及全厂负荷分配计算单元，用于根据当前各机组的控制模式，在满足各种控制约束条件的情况下计算电厂内各台发电机组应承担的有功功率，并将全厂负荷指令分配给各机组。
3.根据权利要求1或2所述的电力远动主机，其特征在于，所述全厂负荷分配子模块生成的控制信号为模拟量信号。
4.根据权利要求2所述的电力远动主机，其特征在于，所述保护约束条件包括模拟量越限保护条件、状态量闭锁保护条件、通信目标值中断保护条件和硬件故障保护条件。
5.根据权利要求2所述的电力远动主机，其特征在于，所述机组控制模式包括 非AGC模式，由机组分散控制系统操作人员手动下发指令；传统单机AGC模式，机组投入AGC，并且由调度下发单机指令； 机组控制模式，机组投入AGC，但由操作人员通过所述电力远动主机下发单机指令； 电厂控制模式，机组投入AGC，由操作员手动下发全厂负荷指令，经所述全厂负荷分配子模块分配后形成机组负荷指令；以及调度控制模式，机组投入AGC，由调度下发全厂负荷指令，经所述全厂负荷分配子模块分配后形成机组负荷指令。
6.根据权利要求2所述的电力远动主机，其特征在于，所述控制约束条件包括各机组的有功容量约束、机组保留容量约束、全厂有功调节速率约束和负荷率偏差约束。
7.根据权利要求2所述的电力远动主机，其特征在于，所述全厂负荷分配计算单元的计算方式包括按照各机组煤耗特性计算或者按照各机组比例系数计算。
8.根据权利要求7所述的电力远动主机，其特征在于，所述按照各机组煤耗特性计算的方式包括在满足所述控制约束条件的前提下，通过优化计算分配各机组的负荷使全厂煤耗最低；所述按照各机组比例系数计算的方式包括将全厂负荷按参与全厂负荷分配的各机组的比例系数分配给各机组。
9.根据权利要求1所述的电力远动主机，其特征在于，所述通信子模块包括 规约收发单元，用于将数据转换成标准电力规约格式； 配置下装程序单元，用于离线或在线配置下装程序；以及数据交换接口单元，分别与所述规约收发单元和所述配置下装程序单元相连，用于在所述规约收发单元与所述数据库子模块之间、所述配置下装程序单元与所述数据库子模块之间、所述遥信模块、遥测模块、遥调模块和遥控模块与所述数据库子模块之间实现数据通
全文摘要
本发明提供一种具有厂级自动发电控制功能的电力远动主机，与遥信模块、遥测模块、遥调模块、遥控模块和调度EMS/SCADA主站相连，具体包括通信子模块，用于在调度EMS/SCADA主站与数据库子模块之间，以及在遥信模块、遥测模块、遥调模块、遥控模块与数据库子模块之间实现数据通信；数据库子模块，用于存放进行厂级AGC所需的数据，分别与通信子模块和全厂负荷分配子模块进行数据交互；全厂负荷分配子模块，基于存放在数据库子模块内的数据，生成调节发电机组有功出力的控制信号，并将控制信号依次通过数据库子模块和通信子模块发送给遥调模块。本发明在充分发挥现有电力远动主机的功能的基础上，减少现场硬件设备的数量，提高了机组有功调节过程中数据的运算精度。
文档编号H02J13/00GK102222914SQ201110161218
公开日2011年10月19日 申请日期2011年6月15日 优先权日2011年6月15日
发明者刘飞, 吴成东, 吴颖, 李健, 禇文捷 申请人:上海惠安系统控制有限公司