水电厂自动化技术年回顾与展望

第卷第期年月中国水利水电科学研究院学报收稿日期文章编号水电厂自动化技术年回顾与展望王德宽孙增义王桂平张建明中国水利水电科学研究院自动化研究所北京摘要主要回顾了自动化所成立年来在水电厂计算机监控系统水情测报系统以及调速器技术等领域的发展和变化历程详细介绍了系列水电厂计算机监控系统特别是系统在三峡右岸机组上的顺利投入运行是我院水电站监控技术进步的一个重要标志应用卫星技术在水情测报系统的广泛应用已由单站向流域的发展不断开发新产品特别在防雷技术中继站技术等方面取得重要成果介绍了调速器技术研发的历程特别是快速开关阀与逻辑插装阀组件在水轮机调速器中的成功应用是调速器技术一项革命性的变革为调速器的发展带来了新的空间和活力关键词水电厂自动化计算机监控系统水情测报系统调速器回顾与展望中图分类号文献标识码引言中国水利水电科学研究院自动化研究所于年组建专门从事水电厂自动化相关技术研究主要从事水电厂计算机监控系统水库与流域水情测报系统水轮发电机调速器水轮发电机励磁系统远动通讯等领域的研究年来自动化所围绕我国水利水电建设与生产的需要进行科研开发努力钻研不断进取完成了百余项国家及省部级科研项目承担了三峡二滩白山丰满龙羊峡新安江乌江公伯峡万家寨漫湾岩滩五强溪等数百项国家大型水利水电工程的自动化系统工程为我国的水利水电自动化技术进步做出了卓越贡献水电厂计算机监控技术回顾科研试点阶段的百花争艳我国水电站计算机监控技术的研究与开发起步于世纪年代初当时的水电部安排了一批科研试点单位我所承担了富春江水电厂的计算机监控系统试点研究在国内研制成功了多微机分布控制系统于年月正式投入运行成为我国第套水电厂计算机监控系统并采用动态规划法实现了经济运行年获国家科技进步三等奖到世纪年代初我所还承担并完成了富春江紧水滩石泉龙羊峡等水电厂的计算机监控系统项目以及人民胜利渠计算机远方监控系统景泰川电力提灌工程计算机监控系统册田引水工程计算机远方监控系统等通过试点尝试了计算机技术应用于水电厂监控系统的优越性和可行性并初步形成了几种成熟的推荐模式达到了实用化水平培养和锻炼了一批从事水电厂计算机监控系统的科研设计安装和运行维护的工程技术人员队伍积累了宝贵的经验水电厂无人值班少人值守阶段的系统年电力系统开展水电厂无人值班少人值守试点及创一流水电厂工作一个以计算机监控系统为核心的水电厂自动化改造热潮蓬勃兴起为监控系统技术的发展创造了良好的局面为了适应形势的发展我所首先对技术队伍进行了重组合并了年个监控专业室成立了监控工程部年我所的农电室和远动室等也并入监控工程部进一步扩大了规模集中力量适时推出了新一代系列分布开放系统通过五强溪电站计算机监控系统的国际合作与交流借鉴和消化国外先进技术统一设计统一标准以四川宝珠寺水电厂计算机监控系统等项目为依托着重解决图形与人机联系数据库网络通讯等关键技术完成了基于位机和操作系统的分布开放计算机监控系统的开发宝珠寺电站计算机监控系统于年与首台机组发电同步投运同年投运的还有乌溪江湖南镇电站扩机工程湖南凤滩电站其中湖南镇扩机工程实现了无人值班成为我国第一个真正的关门电站年我所还成功开发了针对中小型水电站应用的平台下的监控系统实现了系统跨操作系统平台兼容经过推广应用系统已成为我国水利水电自动化领域的优选产品为我国水电厂的无人值班少人值守建设提供了先进可靠的技术装备走出了一条独特的计算机监控系统国产化的道路到年为止监控系统先后用于龙羊峡贵州东风乌江渡新安江紧水滩等近百个大中型水电站监控系统以及西北电网水库调度白山梯级乌溪江梯级等电调水调梯级集控中心项目其中白山梯级电站远方集中控制系统在国际上首次采用无中继超长距离的光纤快速以太网实现了大型水电机组的远方实时监控成为我国水电监控技术进入快速以太网时代的里程碑白山西北水调隔河岩等项目获得了省部级科技进步奖年完成了埃塞俄比亚二级电站计算机监控系统在该阶段分层分布开放系统成为水电厂计算机监控系统的基本模式大量采用开放的硬件和软件产品软件和硬件标准化程度高可靠性好整个系统的性能指标先进基本上达到了国际同期先进水平成功率高满足了水电厂无人值班少人值守的要求典型的工程有白山电厂梯级远方集控系统紧水滩电站监控系统等无人值班时代的系统年初随着国内水电厂运行管理的目标进一步由无人值班少人值守向无人值班发展要求进一步完善计算机监控系统的功能提高可靠性满足无人值班电站的要求为了配合无人值班电站建设年我所的系统亦升级到版主要解决了下列几个关键技术直接上网技术在系统结构采用了直接接入以太网的方式在控制主回路中取消了仅作为现地辅助的人机联系设备完全满足了水电厂无人值班运行时对监控系统可靠性的要求系统的开发工具软件进一步完善在交互图形开发系统数据库开发系统综合计算工具软件控制闭锁工具软件接口等的基础上新研发了数据工程软件进一步提高了系统开发集成效率和质量基于以太网的对外通讯发展十分迅速串行通讯技术在主站对外通讯与智能设备通讯中应用仍十分普及通讯规约库进一步完善不仅支持及等传统远动规约而且研制开发了???规约等国际标准通讯规约形成了较为完善的通讯软件包电力系统调度可将水电厂监控系统看成一个虚拟的远程终端技术在系统中也初步获得应用在?等高级应用软件的应用方面有较大进步实现了白山乌溪江等梯级水电厂的联合在东江实现了?在龙羊峡乌江渡等近个水电厂实现了调度远方其中贵州东风水电厂在没有人工干预的情况下实现了电站监控系统按省调负荷曲线自动开停机和负荷调整年与公司联合中标三峡左岸电站计算机监控系统与公司联合中标三峡梯调自动化系统我方承担了三峡梯级等重要功能采用系统的水电厂众多包括公伯峡黄河上游梯调黄河小浪底远方集控中心白山蓄能及梯级升级凤滩扩机及改造乌江渡扩机及改造三板溪碗米坡五强溪改造尼尔基等约个出口国外套推广应用到引水工程泵站控制水电厂自动化技术年回顾与展望王德宽孙增义王桂平张建明三峡巨型机组时代的监控系统随着三峡工程左岸电站首台机组年月发电三峡右岸电站龙滩等一批特大型水电站的建设也全面展开进入建设高潮标志着中国水电建设进入巨型机组特大型电站时代结合年月签约的三峡右岸水电站计算机监控系统项目公司抽调技术骨干组建了三峡工程部与三峡电厂长委设计院等技术人员密切合作以赶超世界先进水平为己任联合设计合作开发圆满地完成了合同规定的各项要求使系统升级到了崭新的版系统功能有明显扩充不仅包含了常规的监控系统功能还增加了培训仿真子系统状态趋势分析子系统完善了信息发布子系统报表生成系统等系统在三峡右岸顺利投运成功后得到广大用户的广泛好评许多用户纷纷要求选用系统老用户也希望早日升级到目前的用户已包括三峡右岸瀑布沟瑞丽江沙湾西津安康等多个电站系统的主要技术进步体现在以下几方面强大的数据采集与处理功能针对特大型电站海量数据的高可靠与高实时性采集系统采取的主要技术措施包括同时采用主进程多子进程及多线程技术按数据类型的多重?连接并行工作模式数据扫描周期的多重数据传送请求与处理成功开发了多数据采集服务器的负荷平衡管理技术各服务器同时工作负荷分担有效地提高了系统数据采集的实时性采用冗余优化策略实现网络和现地控制单元的快速自动切换系统在数据处理方面的主要改进包括高精度宽数据表示范围如浮点字节整型数等数据属性更加丰富如可定义事故故障重要点语音报警点以及统计点等属性三态点的处理更加灵活数据记录区的分类更加合理设计有事件区未复归报警区等利用条件闭锁系统实现了智能报警完善重复报警处理机制以及数据趋势报警功能等使系统使用更加符合运行人员的习惯操作更加便捷完善的安全性与可靠性措施为确保系统高可靠性各层的重要设备均采取双重冗余配置对重要的?点仍考虑冗余冗余配置时主备之间应可实现无扰动自动切换针对特大型电站控制设备多和操作分散的特点系统增加了操作员站控制范围设定功能及操作对象锁定功能防止不同的操作员站对某一设备同时进行操作控制命令均增加了时标不仅进行控制命令的控制闭锁条件检查而且进行时限检查超时的控制命令将被拒绝并自动取消用户友好的人机联系系统系统采用昀新的图形标准重新开发了人机联系软件程序代码运行效率高可在和两个平台下运行不仅保持了图形系统在数据模型及数据代码上兼容的特点而且实现了图形系统源代码级的跨平台兼容新版软件界面新颖美观大方人机界面非常友好保持了系统面向对象操作的特点支持多屏多窗口显示全鼠标驱动图形可无级缩放支持矢量汉字数据状态等信息可采用丰富的色彩库三维符号图形库字符库动态曲线表格等方式表示立体三维实时动画等多媒体图形功能更加丰富多彩还可方便地采用模拟仪表发电机图闸门水位图等专业图形表示电站的信息针对特大型电站信息量大的特点报警处理记录充分考虑运行人员的习惯将事故信息与其它信息自动分开显示并提供多种跟踪查询搜索功能及调试手段对于任何报警信息运行人员的通过鼠标点击可方便地查询该报警点的全部相关信息在重要设备操作时不仅可以进行有关操作过程监视而且可以通过逻辑图直观地监视影响这些操作的条件系统中增加了控制对象数据类型在操作员站上可以很方便的完成设备控制操作查看到与控制对象相关的所有实时信息信息发布技术系统进一步完善了信息发布系统信息发布系统由信息发布服务器软件加软件构成客户端采用浏览器监控系统的画面可直接转换为格式在站点上展示动态缩放提供多种动态效果展示生产过程管理信息系统不再需要与监控系统进行复杂的数据规约转换及数据通讯也不需要存储和管理这些数据只需在用户内部信息网上建立一个链接访问服务器即可极大地简化了信息发布系统的开发与维护工作水电厂自动化技术年回顾与展望王德宽孙增义王桂平张建明自动发电控制针对调频方式难以给出确定的频差系数的问题调频和调压采用自适应系数具有自学习自适合的功能可有效确保系统安全调节稳定对于超大型机组有功调节的安全性问题采用功率跟踪和功率补偿措施负荷曲线方式引入分步调节算法减少对电网冲击能根据水头出力效率流量曲线尽可能提高电厂效率对于电厂效率优化问题采用修正等容量比例负荷分配这些措施提高了电厂运行效率保证了电网安全年月日三峡右岸电站正式投运标志着国产监控系统首次成功应用于水电机组开放的报表定制技术由于报表的内容随现场需求及管理模式而变化要求报表能很方便地生成与修改对用户开放的报表系统是计算机监控系统长期存在的一个薄弱环节为了提高监控系统报表的开放性与友善性系统增加了通用报表软件子系统报表系统简化了复杂的报表定制生成过程用户界面友好任何熟悉和生产过程的用户经过简单培训均可快速生成电厂的绝大部分生产报表并对报表进行方便有效的管理查阅生成的报表与电子表格和文档完全兼容可通过访问或通过信息发布系统向外发布较好地解决了多变的报表定制与维护修改问题历史数据管理系统子系统完成系统的历史数据存储查询与维护管理功能以等商用数据库为后台数据库?与?相结合的体系结构不仅可将实时数据按不同周期自动存入历史数据库形成各类报表数据而且可以将各类报警信息趋势记录等自动存入数据库形成各类报警记录历史数据历史数据包括各类报警信息温度趋势分析记录相关量记录信息重要运行工况转换记录各种历史曲线报表数据等子系统支持不同的后台关系数据库系统与系统实时数据库的运行维护协调一致具有方便高效的商业关系库数据表结构设计和通用开放的商业历史库接口通过采用数据组包技术数据压缩和数据插值技术实现了大容量秒级数据存取培训仿真系统操作员培训仿真系统是建立在系统基础上的一个独立子系统该系统首先建立了一套标准化的水电站计算机监控系统被控对象的仿真模型并定义了被控对象的描述语言开发了仿真语言的编译系统和仿真器实现了水电厂现场设备的仿真语言不仅可以仿真简单的状态量变化过程也可仿真连续系统和非线形系统并支持仿真任务的监视管理与调度与系统融为一个有机的整体由于系统采用了提供标准化功能及组态的思路并不提供具体的实现因此该系统不仅可以仿真水电厂也可应用于其他领域的生产过程进行仿真针对某水电厂的具体应用只要应用语言对水电厂的现场进行编程和描述对被仿真的水电厂的生产流程设备有关特性等进行参数化即可实现对水电厂现场的数字仿真状态趋势分析系统结合三峡右岸电站监控系统项目开发了状态监测分析系统在三峡电站已投入运行该系统以为基础以为后台数据库开发工具采用面向对象