潘家口蓄能电厂计算机监控系统改造(全文)

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摘要:介绍了潘家口蓄能电站目前基本情况,提出了实施改造中的可参考的建议,阐述了改造后的PLC程序的控制特点和电站监控分布情况及高级控制情况。

关键词:抽水蓄能电站监控规划自动发电和电压控制

电厂概述:潘家口蓄能电厂三台抽水蓄能机组,总容量90MW,目前计算机监控系统使用的是5套LCU。本电站受华北网调调度控制,调度控制到每台机组;电站在电力系统中担任调峰、填谷、调相、调频及事故备用任务。

原全厂监控系统Nariacc是采用PLC通过串口接入工控机,并通过工控机上网的方式连入监控系统上位机主网络,PLC产品非常可靠,工控机由于存在风扇等转动部件,易出现故障,而在这样的结构中,工控机又是不可缺少的部件,已成为影响现地控制设备可靠性的瓶颈。随着计算机技术的发展,取消工控机,采用PLC直接上网技术及产品均已非常成熟、可靠。为了满足新的需求跟上现代化发展,让潘蓄监控系统运行更加稳定,对其进行逐步改造刻不容缓。

计划分布对监控系统进行技术改造,改造后的新系统上位机是南瑞水利水电公司生产的NC2000系统,下位机是SJ500系统,PLC全部使用施耐德Quantum系列。

1、监控系统改造技术方案

改造遵循既保证改造进度,又兼顾发电计划的原则。考虑潘家口抽水蓄能电站的特殊性,监控系统的技术改造可以考虑以新系统为主、新老系统并列运行的运行方式。

1.1 新系统调试

第一台机组的改造和上位机系统的调试安排在机组大修期间进行,基本不影响其它机组的生产运行。

（1）上位机系统建立。新上位机系统NC2000布置、上电及网络环境搭建。（2）新系统上下位机联调。改造机组LCU通电检查、IO点核对、静态试验、动态试验、通讯调试等。

1.2 老系统接入新系统

新系统上下位机联调结束后,需要将老系统接入新系统,此过程可能会对生产运行有所影响,因此考虑在机组停机时段进行系统的调试,以尽量减少系统改造对电厂生产运行的影响,另外老系统的接入采取依次接入方式。

1.2.1 老系统上位机功能移植

老上位机系统Nariacc是分布式系统,每个LCU工控机承担主要监控功能,而上位机承担历史数据、高级应用、综合计算等功能,因此需要将这几部分功能移植到新上位机系统NC2000。

1.2.2 新老系统通讯联调

新老系统之间的数据交换需要在新老系统上各增加NC_Acc通讯驱动,主要是在老系统未改造的LCU工控机上增加,从而将未改造的LCU数据全部上送至新系统,将新系统的控制、调节命令下发至工控机。此工作安排停机时进行。

1.2.3 新老系统联调

在完成新老系统通讯联调后,必须要对并列运行的系统进行联合调试,从而验证未改造LCU数据上行数据和新系统下行的控制及调节命令。

1.3 远动通讯和AGC/AVC调试

1.3.1 与调度远动通讯调试

在新系统的远动通讯机上对远动通讯进行调试,测试上送调度的遥信遥测数据和调度下发的遥调遥控命令。

1.3.2 自动发电/自动电压控制调试

完成与调度的通讯测试后,即可进行新系统的AGC/AVC高级应用功能调试,AGC/AVC的调试在完成厂内功能测试后再向调度申请远方联调。

2、蓄能电站特点

一般而言,抽水蓄能电站没有自身能源,它是电力系统发展到一定阶段的产物,它利用夜间低谷负荷时电网提供的剩余电能,从高程低的下水库抽水到高程高的上水库,通过水体这一能量载体将电能转化为势能。在日间出现高负荷时,再释放水体发电,来承担电网中的峰荷部分,这就是抽水蓄能电站的主要功能和基本原理。

潘家口蓄能电站是水头在100m以下的低水头电站。采用二级可逆式机组。

抽水蓄能机组的正常运行和工况转换可能有多种操作方式,可见蓄能机组的运行方式比常规水电站要复杂不少,这同时也说明了蓄能机组的功能是很完善的,蓄能机组能快速的在抽水、发电、调相三种工况下转换。

黑启动功能是常规水电站通常不具备的功能,现代抽水蓄能电站在设计时都要求有此功能,黑启动在实际应用时也有行话分为半黑和全黑两种,半黑通常指电厂备有柴油发电机,在全场失电情况下启动柴油机来启动完成机组运转。全黑通常指在全场失电情况下,采用UPS直流电来启动完成机组运转,直流电启动的情况下在机组发起交流电来之前,很多只采用交流电的辅助设备在发起电来前是无法运转起来的,这种方式的危险性比较大,该电站根据电站实际情况并未采用黑启动的功能。

抽水蓄能机组使用双转速主要是为了保持水泵工况的性能,在高水头范围使用高转速,在低水头时使用低转速。水轮机工况的特性受水头变化的影响小,一般只使用双转速的低档转速,而不改变。该厂水泵工况时采用125rpm和142.8rpm,水轮机工况时使用125rpm。下为该电站的自动控制程序的几种方式:

程序1 静止空载、水轮机125rpm 程序2 水轮机125rpm 静止

程序3 水轮机同步调相静止程序4 水轮机125rpm水轮机同步调相

程序5 水轮机同步调相水轮机125rpm

程序6 静止水泵142.8rpm（SFC/BTB空气中启动）

程序7 静止水泵125rpm（SFC/BTB空气中启动）

程序8 125/142.8rpm固定转速水泵静止

程序9 静止 BTB驱动水轮机程序10 BTB驱动水轮机静止

程序11 水泵/水轮机电气事故紧急停机

程序12 水泵/水轮机机械事故紧急停机

程序13 静止空转程序14 空转静止

3、电站改造后监控构成

电站计算机监控系统由电站控制级和现地控制单元级等设备组成。电站控制级采用高度冗余设计,双主机互为热备用方案,并设有二套双显示器的操作员站,一个工程师工作站,一个培训 /仿真工作站、两套远动通讯服务器,一个厂内通信服务器,一个ON-CALL服务器,一套卫星同步时钟系统,一块模拟大屏;现地控制级有5个现地控制单元;局域网络采用冗余光纤双星型网结构。整个系统简单、安全、可靠且便于扩充,见图1。

3.1 电站自动发电控制功能（AGC）

自动发电控制具有有功成组调节和经济运行功能,监控系统按照电力系统提供的负荷曲线或调度中心实时给定或运行人员即时给定的负荷值（包括备用容量）、各机组效率特性曲线、电站即时运行工况并考虑上下库水位、输水管道限制条件及实际状态,转换至水泵运行时还需考虑SFC或背靠背起动选择,机组运行限制条件,避开机组振动、汽蚀等约束条件,在发电工况下计算在当前水头下电站的机组最优开机台数、台号（根据机组的优先级和可用率）及进行机组间最优负荷分配,以达到全厂发电耗水量最低,同时避免频繁启停机组和频繁的功率调整的操作;在水泵工况下只需计算在当前水头下电站的机组最优开机台数。在优化计算时,实时水头值应计入未来时段尾水位由于发电流量改变而产生的变化。该系统可闭环控制,也可开环运行指导。

3.2 电站自动电压控制功能（AVC）

自动电压控制的原则:自动电压控制为维持220kV母线电压在调度中心要求的设定值,对全厂无功功率进行实时调节,并尽量减少电厂的功率损耗。在进行调节时,要遵照有功功率调节优先于无功功率（电压）调节的原则。

4、结语

截至2011年12月,电站计算机监控系统首台机组改造全部完成。改造从根本上解决了该站监控系统设备老化问题,改造后监控系统缺陷明显减少,影响安全生产的相关隐患基本消除,为电站的安全稳定运行奠定了坚实基础。本次改造采用的技术先进,但还需要一定完善。电站新一代计算机监控系统的长期运行稳定性和设备寿命还需实际运行证明,希望以此见证自有知识产权的计算机监控系统的进步和发展。

参考文献

[1]王志刚,吴张建.抽蓄蓄能机组的黑启动.水力发电,2001,10-0059-04.

[2]许旭生.惠州抽水蓄能电站计算机监控系统.广东水利水电,2008,07-0071-03.

[3]李长胜,刘光明,蒋春钢.最优发电和抽水联合控制在抽水蓄能电厂中的应用.2010,091-0114-02.

潘家口蓄能电厂计算机监控系统改造

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