专利名称：火电厂厂级负荷优化分配试验系统及方法
技术领域：
本发明本发明属于节能技术领域，特别涉及一种火电厂厂级负荷优化分配系统及方法。
背景技术：
对于电力系统而言，维持上网发电量与用电量的实时平衡是保证电网频率稳定的根本手段。由于用电负荷具有一定的随机不确定性，导致上网发电机组发电量也要不停的变动。目前电网对火电机组主要采取单机调度方式，即电网调度中心的EMS (能量管理系统)根据电网安全稳定需要计算出网上可调机组中每台机组应带负荷，并将其通过 RTU(远方终端单元)下发到发电机组作为负荷指令，从而实现发电机组的AGC(自动发电控制)。一个火力发电厂一般由多台火力发电机组组成，机组之间在变负荷速率、煤耗特性等方面存在一定的差异，为了在满足电网需求的前提下实现全厂能耗最小，一些火力发电厂已经开始实施厂级负荷优化分配系统(厂级AGC)，它是介于电网调度中心与火电机组之间的中间层。厂级负荷优化分配系统接受调度中心发过来的全厂负荷指令，并按照一定的策略将其分配到各台机组中。厂级负荷优化分配是火电厂节能降耗的一项措施之一，具有广阔的应用前景。厂级负荷优化分配系统的功能及位置决定了其在电力系统中的特殊重要性，但由于火电机组类型繁多、运行参数差别很大，致使厂级负荷优化分配系统组成、接线、优化算法不尽相同。火电厂厂级负荷优化分配试验系统可在实验室完成厂级负荷优化分配系统的安装、组态、检查与调试，将大大提高现场安装、调试效率，对改善系统实际运行效果起到重要作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种火电厂厂级负荷优化分配试验系统及方法，其特征在于，所述火电厂厂级负荷优化分配试验系统由模拟运算站2分别连接I/O模块6、电源7、接线端子排8和显示器3 ；并安装在机柜内，其中显示器3或键盘鼠标4放置在操作台5上。 或将显示器3、键盘鼠标4放置到机柜内，以节省装置占用空间。接线端子排8用于连接各运行机组。所述模拟运算站为一台高性能工业控制计算机或服务器，模拟运算站中运行的应用软件包括调度中心厂级负荷指令监控软件及多机组运行特性模拟软件。用于完成数据采集、模拟运算、信号及指令输出功能；其中调度中心厂级负荷指令监控软件模拟产生全厂负荷指令及状态信号，分别通过硬接线与网络两种途径发送给厂级负荷优化分配系统。所述厂级负荷优化分配试验系统具有监控及多机组运行特性模拟功能，并在显示器上对应有调度中心厂级负荷指令监控画面及多机组运行特性模拟画面；其工作过程为 从调度中心厂级负荷指令监控画面模拟产生全厂负荷指令及状态信号，分别通过两种途径发送给厂级负荷优化分配系统一种途径是经过I/O模块、端子排和硬接线，另一种途径是经过网卡-网线；模拟运算站根据上述信号、全厂各机组运行状态及选定的厂级负荷优化分配算法进行优化计算，产生机组负荷指令及状态信号，同样以硬接线与网络两种途径返回到厂级负荷优化分配系统；所述多机组运行特性模拟根据厂级负荷优化分配系统下达的机组负荷指令及状态实现机组运行模拟，并以硬接线及网络两种方式将机组负荷、运行状态等信息反馈给厂级负荷优化分配系统。所述火电厂厂级负荷优化分配试验系统的负荷优化分配方法，其特征在于，通过显示操作界面上的全厂/机组选择开关，设置RTU工作模式为全厂调度模式或机组调度模式；全厂调度模式下可改变全厂负荷指令大小并设置全厂负荷指令信号有效/无效状态； 机组调度模式下可改变各机组负荷指令大小并设置各机组负荷指令信号有效/无效状态； 上述全厂负荷指令及各机组负荷指令信号分别通过模拟运算站的模拟量输出(AO)模块以硬接线方式及通过网卡以网络通信方式输出到厂级负荷优化分配系统；上述全厂负荷指令及各机组负荷指令有效/无效状态信号分别通过开关量输出(DO)模块以硬接线方式及通过网卡以网络通信方式输出到厂级负荷优化分配系统。所述多机组运行特性模拟功能的实现为通过显示操作界面设置机组台数及机组运行状态，主要包括机组是否运行、机组AGC(自动增益控制)是否投入、机组闭锁功能是否有效等；对每台机组，设置机组参数，包括负荷上限、负荷下限、上升响应速率、下降响应速率。当机组处于手动模式时，设置手动负荷指令。机组负荷指令改变后，机组实际负荷随之变化，变化规律如下Pn+1 = Pn+Rupg Δ t 当 Pn < Pd-Rupg Δ t
Pn+1 = Pn-Pdowng Δ t 当 Pn > Pd+Rd_g Δ t 11+1 =卩(1其中Pn为机组当前实际负荷Pn+1为机组下一周期实际负荷Pd为机组负荷指令At为控制周期Rup为机组升负荷速率Rd_为机组降负荷速率所述硬接线与网络两种信号传输途径实现为系统初始化时根据实际需要选择信号传输方式并设置整数型全局变量SignalMode，SignalMode取值与信号传输方式的关系如下SignalMode = 0仅硬接线方式SignalMode = 1仅网络通信方式SignalMode = 2硬接线+网络通信方式，硬接线优先SignalMode = 3硬接线+网络通信方式，网络通信优先其中SignalMode = 2含义为对某信号硬接线取值与网络通信取值进行比较，若二者偏差在规定范围之内，则以硬接线取值为准，若二者偏差超出规定范围，则输出故障报警，信号取值保持不变。其中SignalMode = 3含义为对某信号硬接线取值与网络通信取值进行比较，若二者偏差在规定范围之内，则以网络通信取值为准，若二者偏差超出规定范围，则输出故障报警，信号取值保持不变。
所述信号包括装置的输入信号与输出信号，类型有模拟量与开关量。所述全厂负荷指令信号包括全厂总实际负荷、厂级AGC已投入、厂级AGC已准备好、全厂负荷上限、全厂负荷下限、全厂负荷上升速率、全厂负荷下降速率。所述机组负荷指令及状态主要包括各机组的负荷指令、机组负荷指令正常。所述机组反馈信号及状态主要包括机组实发功率、机组运行、机组AGC已投入、 机组负荷上限、机组负荷下限、机组负荷上升速率、机组负荷下降速率。本发明的有益效果是火电厂厂级负荷优化分配试验系统主要功能为1)在显示操作界面上实现各种信号的显示；幻在显示操作界面上模拟产生全厂负荷指令信号；3)在显示操作界面上显示厂级负荷优化分配控制器送过来的厂级信号；4)上述各种信号的历史存储与回放。实现机组运行模拟，并将机组负荷、运行状态等信息反馈给厂级负荷优化分配系统；大大提高测试效率，并避免直接进行现场测试带来的各种不便与安全隐患。
图1为厂级负荷优化分配试验系统结构示意图。
具体实施例方式图1给出了厂级负荷优化分配试验系统的基本构成，所述火电厂厂级负荷优化分配试验系统由模拟运算站2分别连接I/O模块6、电源 7、接线端子排8和显示器3 ；并安装在机柜内，其中显示器3和键盘鼠标4放置在操作台5 上；或将显示器3、键盘鼠标4放置到机柜内，以节省装置占用空间。接线端子排8就可以使用信号线10将模拟运算站2与厂级负荷优化分配系统1实现信号对接和与各运行机组连接。模拟运算站2为一台高性能工业控制计算机或服务器，用于完成数据采集、模拟运算、信号及指令输出等功能。模拟运算站中运行的应用软件包括调度中心厂级负荷指令监控软件及多机组运行特性模拟软件。其中调度中心厂级负荷指令监控软件模拟产生全厂负荷指令及状态信号，分别通过硬接线与网络两种途径发送给厂级负荷优化分配系统。多机组运行特性模拟软件根据厂级负荷优化分配系统下达的机组负荷指令及状态实现机组运行模拟，并以硬接线及网络两种方式将机组负荷、运行状态等信息反馈给厂级负荷优化分配系统。I/O模块6可以选用插入计算机主板上的ISA(FISA)总线I/O卡件，或智能化的网络型I/O模块。I/O模块数量与需要模拟的机组数量及每个I/O模块拥有的通道数相同。I/O模件6与接线端子排8 一一对应，二者之间通过专用信号电缆9连接。利用接线端子排8就可以使用信号线10将模拟运算站2与厂级负荷优化分配系统实现信号对接， 从而完成对厂级负荷优化分配系统的各项调试工作。有些厂级负荷优化分配系统支持网络化的信号连接，也提供了与此类系统的接口，即利用网线11将二者联系起来，网线的一端直接插入在模拟运算站的网卡上，网线的另一端则连接到厂级负荷优化分配系统的内部交换机网口上。厂级负荷优化分配试验系统调试试验的工作过程如下(1)系统连接。将模拟运算站与厂级负荷优化分配系统信号相对应，通过硬接线或网线连接起来。(2)参数设置。模拟运算站需设置的相关参数包括机组数量、各机组负荷上限、 机组负荷下限、机组上升响应速度、机组下降响应速度等。参数设置工作在多机组运行特性模拟软件的显示器操作画面中完成。(3)系统运行。分别启动多机组运行特性模拟软件、调度中心厂级负荷指令监控软件及厂级负荷优化分配系统中的相关软件，初始化过程结束后，在各自的显示操作画面上能够显示相应数据及状态，并能完成相关操作。(4)测试试验。检查系统运行正常后，就可以开始对厂级负荷优化分配系统的测试试验工作。包括但不限于下列内容1)从显示器画面上设置所有机组AGC已投入状态无效，此时厂级负荷优化分配系统应不能投入自动，且下达给机组的负荷指令跟踪机组实际负荷；2)从显示器画面上设置一台以上机组AGC已投入状态有效，此时厂级负荷优化分配系统应能投入机组自动，且AGC有效机组的负荷指令由厂级负荷优化分配系统给出，AGC 无效机组的负荷指令跟踪机组实际负荷；3)从显示器画面上发出全厂AGC投入允许信号，此时厂级负荷优化分配系统应能投入全厂自动；4)在厂级负荷优化分配系统投入全厂自动情况下，从显示器画面上修改全厂负荷指令，厂级负荷优化分配系统应能够实现实时优化分配；5)在厂级负荷优化分配系统投入全厂自动情况下，从显示器画面上修改负荷上下限、负荷变化率等参数，测试厂级负荷优化分配系统运行效果；6)当发现厂级负荷优化分配系统存在问题，或用户提出新的功能需求时，对改进系统进行全面测试。避免直接进行现场测试带来的各种不便与安全隐患。
权利要求
1.火电厂厂级负荷优化分配试验系统，其特征在于，所述火电厂厂级负荷优化分配系统由模拟运算站⑵分别连接I/O模块(6)、电源(7)、接线端子排⑶和显示器(3)；并安装在机柜内，其中显示器C3)或键盘鼠标(4)放置在操作台( 上。或将显示器(3)、键盘鼠标⑷放置到机柜内，以节省装置占用空间。接线端子排⑶使用信号线(10)将模拟运算站(2)与厂级负荷优化分配系统(1)实现信号对接；接线端子排(8)用于连接各运行机组。
2.根据权利要求1所述火电厂厂级负荷优化分配试验系统，其特征在于，所述模拟运算站为一台高性能工业控制计算机或服务器，模拟运算站中运行的应用软件包括调度中心厂级负荷指令监控软件及多机组运行特性模拟软件。用于完成数据采集、模拟运算、信号及指令输出功能；其中调度中心厂级负荷指令监控软件模拟产生全厂负荷指令及状态信号， 将上述各种信号的历史存储与回放，分别通过硬接线与网络两种途径发送给厂级负荷优化分配系统。
3.根据权利要求1所述火电厂厂级负荷优化分配试验系统，其特征在于，所述厂级负荷优化分配试验系统具有监控及多机组运行特性模拟功能，并在显示器上对应有调度中心厂级负荷指令监控画面及多机组运行特性模拟画面；其工作过程为从调度中心厂级负荷指令监控画面模拟产生全厂负荷指令及状态信号，分别通过两种途径发送给厂级负荷优化分配系统一种途径是经过I/O模块、端子排和硬接线，另一种途径是经过网卡-网线；模拟运算站根据上述信号、全厂各机组运行状态及选定的厂级负荷优化分配算法进行优化计算，产生机组负荷指令及状态信号，同样以硬接线与网络两种途径返回到厂级负荷优化分配系统。
4.根据权利要求1所述火电厂厂级负荷优化分配试验系统，其特征在于，所述多机组运行特性模拟根据厂级负荷优化分配系统下达的机组负荷指令及状态实现机组运行模拟，并以硬接线及网络两种方式将机组负荷、运行状态等信息反馈给厂级负荷优化分配系统。
5.一种火电厂厂级负荷优化分配试验系统的负荷优化分配方法，其特征在于，所述火电厂厂级负荷优化分配试验系统的负荷优化分配方法，其特征在于，通过显示操作界面上的全厂/机组选择开关，设置RTU工作模式为全厂调度模式或机组调度模式；全厂调度模式下可改变全厂负荷指令大小并设置全厂负荷指令信号有效/无效状态；机组调度模式下可改变各机组负荷指令大小并设置各机组负荷指令信号有效/无效状态；上述全厂负荷指令及各机组负荷指令信号分别通过模拟运算站的模拟量输出(AO)模块以硬接线方式及通过网卡以网络通信方式输出到厂级负荷优化分配系统；上述全厂负荷指令及各机组负荷指令有效/无效状态信号分别通过开关量输出(DO)模块以硬接线方式及通过网卡以网络通信方式输出到厂级负荷优化分配系统。
6.根据权利要求5所述火电厂厂级负荷优化分配试验系统的负荷优化分配方法，其特征在于，通过显示操作界面设置机组台数及机组运行状态，主要包括机组是否运行、机组 AGC(自动发电控制)是否投入、机组闭锁功能是否有效等；对每台机组，设置机组参数，包括负荷上限、负荷下限、上升响应速率、下降响应速率；当机组处于手动模式时，设置手动负荷指令；机组负荷指令改变后，机组负荷指令正常，机组反馈信号及状态；机组实际负荷随之变化，变化规律如下Pn+1 = Ρη+Rupg Δ t 当 Pn < Pd-Rupg Δ tPn+1 = Pn-Rdowng Δ t 当 Pn > Pd+Rdowng Δ tPlri = Pd 其中:Pn为机组当前实际负荷Pn+1为机组下一周期实际负荷Pd为机组负荷指令At为控制周期Rup为机组升负荷速率I d。wn为机组降负荷速率。
7.根据权利要求5所述火电厂厂级负荷优化分配试验系统的负荷优化分配方法，其特征在于，所述硬接线与网络两种信号传输途径实现为系统初始化时根据实际需要选择信号传输方式并设置整数型全局变量SignalMode，SignalMode取值与信号传输方式的关系如下SignalMode = O仅硬接线方式SignalMode = 1仅网络通信方式SignalMode = 2硬接线+网络通信方式，硬接线优先SignalMode = 3硬接线+网络通信方式，网络通信优先其中SignalMode = 2含义为对某信号硬接线取值与网络通信取值进行比较，若二者偏差在规定范围之内，则以硬接线取值为准，若二者偏差超出规定范围，则输出故障报警， 信号取值保持不变。其中SignalMode = 3含义为对某信号硬接线取值与网络通信取值进行比较，若二者偏差在规定范围之内，则以网络通信取值为准，若二者偏差超出规定范围，则输出故障报警，信号取值保持不变。
8.根据权利要求5所述火电厂厂级负荷优化分配试验系统的负荷优化分配方法，其特征在于，所述全厂负荷指令信号包括全厂总实际负荷、厂级AGC已投入、厂级AGC已准备好、全厂负荷上限、全厂负荷下限、全厂负荷上升速率、全厂负荷下降速率。
9.根据权利要求6所述火电厂厂级负荷优化分配试验系统的负荷优化分配方法，其特征在于，所述机组反馈信号及状态包括机组实发功率、机组运行、机组AGC已投入、机组负荷上限、机组负荷下限、机组负荷上升速率、机组负荷下降速率。
全文摘要
本发明公开了属于节能技术领域的一种火电厂厂级负荷优化分配试验系统及方法。系统由1台模拟运算站、若干I/O模块、机柜、电源、接线端子排及相应软件构成，模拟运算站从调度中心厂级负荷指令监控画面模拟产生全厂负荷指令及状态信号，发送给待测试的厂级负荷优化分配系统。厂级负荷优化分配系统按照优化分配算法完成优化计算后，将机组负荷指令及状态信号，返回到本试验装置的多机组运行特性模拟软件，实现机组运行模拟，并将机组负荷、运行状态等信息反馈给厂级负荷优化分配系统。大大提高测试效率，并避免直接进行现场测试带来的各种不便与安全隐患。
文档编号H02J3/14GK102522753SQ201110430479
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月20日 优先权日2011年12月20日
发明者刘吉臻, 李青, 牛玉广, 苏凯 申请人:华北电力大学