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标题: [原创]大型火力发电厂电气控制系统的实现模式 [打印本页]

作者: 小曼 时间: 2007-11-18 15:46
标题: [原创]大型火力发电厂电气控制系统的实现模式
大型火力发电厂电气控制系统的实现模式 目录【摘要】【关键词】发电厂自动化电气控制系统模式   引言1 火电厂电气控制的范畴和功能2 ECS的传统实现方式3 DAS方式的ECS实现模式4 保留关键硬接线的FECS方式的ECS实现模式5 完全采用通信方式的FECS模式6 几种ECS模式的工程比较7 结语  大型火力发电厂电气控制系统的实现模   焦邵华1          李娟2          李卫1          刘勇11、北京四方继保自动化股份有限公司北京 100085  2、北京信息科技大学计算机及自动化系北京 100085   【摘要】本文讨论了新一代大型火电厂电气自动化控制系统（ECS）的内容、功能及其实现模式，认为目前采用现场总线通信方式的FECS模式正在成为火电厂ECS系统的主流实现方案，该模式的ECS系统分为两个实现阶段，初级阶段为保留关键硬接线FECS模式，高级阶段为完全采用现场总线通信的FECS模式。上述两种模式都将大大提高电气运行信息化的水平，并节省大量投资，后者更易于熔入DCS系统实现单元机组一体化协同控制，必将成为ECS控制模式的主流。【关键词】发电厂自动化电气控制系统模式0 引言在本世纪的最初10年，我国电源建设再次成为电力建设的热点，新一轮大型火力发电厂建设已经在全国范围内展开。随着电力体制改革和电力市场化的推进，新建电厂普遍采用更先进的自动化技术和产品，以提高电厂的竞争力量。在这样的大背景下，发电厂自动化的整体水平必将进入一个新阶段，机炉电的一体化协同控制将在新的自动化系统中得到更好的体现。本文就大型火电厂电气自动化控制的范畴和技术方案进行了讨论，介绍了发电厂管控一体化趋势下的电气控制系统ECS（Electric Control System）的实现模式，介绍了新一代电气监控系统ECS和DCS的一体化解决方案。1 火电厂电气控制的范畴和功能火电厂ECS系统涵盖的范围包括厂用电系统、网控系统和机组控制，其中ECS中的厂用电系统可以分为高低压厂用电源系统、380VPC和MCC、6kV和380V电动机；网控部分在实现升压站监控的同时实现AGC、AVC的功能接口；机组监控包括实现发变组系统测控、高压启／备变电源系统测控，甚至包括在ECS系统或ECS与DCS一体化控制系统中实现对机组起停的控制和操作。ECS系统将集成其它相对独立的电气控制装置的信息，包括发变组保护、录波、励磁、同期、厂用电快切、UPS、柴油发电机组、安全稳定装置、直流系统等。ECS系统相对独立地实现了电气部分监控与管理，并将为DCS系统和SIS等其它系统提供信息服务和协同工作。ECS系统可能实现的功能包括：1)      厂用电源和电动机的保护和监控；2)      电气系统的运行状态分析和故障诊断；3)      电气高级应用功能，例如故障过程分析、操作票、防误闭锁、逻辑控制、拓朴分析、可靠性分析；4)      设备管理；5)      经济性分析；6)      为其他系统提供实时信息。2 ECS的传统实现方式火电厂ECS的传统的实现方式是由DCS系统设置单独的电气控制器（DPU）经I/O模件（AI、DI、SOE、DO）实现对电气部分的采集和控制。电气部分的特殊控制功能例如继电保护、励磁、同期、电源切换、故障录波等都由独立的电气自动装置完成，与DCS系统无关。该模式的ECS实现方式参见图1。

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作者: 小曼 时间: 2007-11-18 16:19
图1中电气部分的继电保护功能由独立的电气保护装置完成，DCS系统的I/O模件与电气的继电保护独立工作，没有联系，DCS所需要的所有测点都由DCS系统I/O的AI、DI、DO、SOE等卡件来完成，这些卡件只完成最基本的采集功能。IO部分与电气回路采用电缆连接，模拟量的采集需要安装变送器。系统特点：1.         DCS与电气保护装置无关；2.         DCS的IO用大量的电缆和变送器实现电气量的采集和控制，成本高；3.         DCS获得的电气IO点数少，投资大；4.         不能获得电气保护动作信息，无法实现保护管理；5.         不能获得系统运行状态信息。该模式系统的意义：1.         在传统DCS热工自动化的基础上纳入了对电气部分的监控，从功能上实现了热工、电气专业的合作，具有重大意义；2.         实现了初步的一体化控制，进而支持了DCS纳入其它岛自动化系统。这是一种技术的进步，DCS完全以其结构、功能实现了对电气部分关键环节的测控和控制，从而使得整个自动化系统性能得到提升。另一方面，在DCS系统和电气保护完全分离的时候，保护可以采用集成电路保护等传统的非微机保护，保护的非智能化决定了DCS系统只能采用完全独立的测控手段实现电气部分的控制。随着微机保护的发展，电气综合保护测控装置能够实现基于交流采样和数字算法技术的保护、测量、录波、控制和通信后，该领域的技术条件和ECS系统的实现方案发生了变化。3 DAS方式的ECS实现模式随着厂用电系统的综合保护测控装置的出现，间隔层的I/O可以由电气保护测控装置实现。功能完善的保护测控装置能够依靠交流采样和数字算法实现除继电保护功能以外的下列测控（I/O）功能：1)        电气量测量功能（I、U、

、Q、f、电度量）；2)        开关量采集功能（DI、SOE）；3)        电能质量测量功能（电压波动、谐波、三相不平衡、频率偏差、电压跌落、闪变）；4)        故障录波功能；5)        控制功能（DO、

LC）；6)        自诊断功能；7)        对时功能；间隔层保护测控装置以现场总线/工业以太网方式构成和通信管理机构成系统，通信管理机通过通信规约向DCS系统的MMI工作站层提供电气IO采集的信息。该模式下ECS系统完全作为DCS系统的数据采集子系统。
<group id="_x0000_s1026" coordsize="706,1149" coordorigin="2428,8679" style="MARGIN-TOP: 27.45pt; Z-INDEX: 1; LEFT: 0px; MARGIN-LEFT: 76pt; WIDTH: 35.3pt; POSITION: absolute; HEIGHT: 57.45pt; TEXT-ALIGN: left;"><shapetype id="_x0000_t202" coordsize="21600,21600" path="m,l,21600r21600,l21600,xe" ospt="202"><stroke joinstyle="miter"></stroke><path gradientshapeok="t" oconnecttype="rect"></path></shapetype><shape id="_x0000_s1027" type="#_x0000_t202" style="LEFT: 2428px; WIDTH: 706px; POSITION: absolute; TOP: 8679px; HEIGHT: 624px;"><textbox inset=".5mm,.3mm,.5mm,.3mm" style="mso-next-textbox: #_x0000_s1027;"><table cellspacing="0" cellpadding="0" width="100%"><tbody><tr><td style="BORDER-RIGHT: #ece9d8; BORDER-TOP: #ece9d8; BORDER-LEFT: #ece9d8; BORDER-BOTTOM: #ece9d8; BACKGROUND-COLOR: transparent;"><div>MMI工作站</div></td></tr></tbody></table></textbox></shape><group id="_x0000_s1028" coordsize="196,528" coordorigin="2308,9621" style="LEFT: 2670px; WIDTH: 196px; POSITION: absolute; TOP: 9300px; HEIGHT: 528px; flip: x y;"><line id="_x0000_s1029" to="2354,10134" from="2354,9666" style="

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作者: 小曼 时间: 2007-11-18 16:48
该模式下的FECS与DCS一体化控制除了信息融合以外，控制功能有所分工。对于与热工运行相关的重要电动机控制沿用DCS的IO硬接线方式，对于电气的厂用电源部分和非关键的电动机和回路的控制采用FECS的现场总线/工业以太网通信方式。保留关键硬接线的FECS模式的特点如下：1)        FECS系统与DCS实现一体化协同控制；2)        采用现场总线将间隔层保护测控装置安置电厂自动化的工业环节组网，并直接与DCS的控制器层（DPU）通信，使得FECS系统的IO直接参与DCS系统的控制和连锁；3)        FECS系统采用大型监控软件作为ECS主站，适应大容量、高可靠性的自动化控制；4)        FECS系统节省了数量可观的电缆、IO模件和变送器，5)        FECS系统的数据信息极大丰富，采用控制器层、主站层两级方式与DCS通信；6)        FECS系统可以通过网关将信息送给除DCS以外的SIS系统和辅助车间系统；7)        FECS系统具有操作票、五防、逻辑控制、设备管理等高级应用功能；

5 完全采用通信方式的FECS模式在模式3中保留关键控制硬接线的原因在于对FECS系统现场通信网络可靠性的担心。实际上，大量采用现场总线/工业以太网作为大型工业自动化控制的成功案例很多。在电网自动化中，变电站综合自动化系统采用现场总线作为系统控制网络在国内已经有十年的运行经验，在技术上是十分成熟的。这方面可以采用以下措施提高通信网络的可靠性：1)        采用完全冗余的双重化通信网络；2)        采用有确认的通信方式；3)        采用有重发机制的通信规约。完全采用通信方式的FECS系统如图4所示：   [Money=5]

[/Money][Post=100]该模式进一步减少了电缆，FECS系统参与DCS系统控制的范围大大扩展，由纯电气部分的控制（例如电源控制）扩展为对6kV、380V电动机的控制，进而全面参与DCS系统的控制和操作。该模式是一种深层次的一体化控制方案，电气系统实现过程控制中与电气相关的传感、采集与执行环节的相关功能，FECS作为DCS的子系统参与控制。FECS系统的配置结构和功能都体现出服务于DCS系统的工艺结构和控制习惯，从而与DAS系统存在本质区别，信息的上行、下行是平等的、综合的。这种控制模式在减少投资的同时，理顺了DCS和ECS系统的配置结构和功能结构，使得ECS系统在系统配置上和DCS系统成为同构系统，这样在两个大型系统的融合控制方面可以达到最优，FECS系统经主控单元（通信管理及控制器）直接以分布式控制系统的结构与DCS的控制器接口，同时FECS系统的I/O信息能够分散接入DCS，从而实现自下而上的一体化控制。6 几种ECS模式的工程比较ECS与DCS的一体化协同控制是电厂自动化的基本原则，ECS不应当也不会独立于DCS之外。另一方面，随着具有国内知识产权的电气自动化水平的快速提高，也会在很大程度上影响电厂自动化的技术实现。发电厂的电气控制应当是DCS范畴内的子控制系统，应当是融合热工、电气专业的控制系统。模式2的ECS是ECS的起步阶段，对技术要求较低，工程易于实现，对于技术保守的设计、运行部门易于接受。但是该模式并没有增强电厂自动化的控制范围和功能，也几乎没有提高电厂信息化水平。模式3的ECS是一种过渡中的进步，ECS系统能够采用通信将部分电气信息送入DCS系统并参与其控制器中的逻辑，这是一种功能上的协同控制，是较大的进步。同时该模式节省了变送器、电缆的投资，提高了电厂信息化的水平。模式4的ECS系统从系统结构上更倾向于安装DCS的工艺流程组网、组态，具有一定的DCS属性，因此更易于融入DCS系统，该模式更强调设备下放和功能分布性，信息化程度更高，对信息流的组织和控制有更高的要求。同时节省大量电缆和变送器，节省了投资。以作者参与的云南国电宣威六期2×300MW机组的FECS工程为例，ECS、DCS一体化控制系统的信息量是常规应用方式的2倍；单元机组（300MW）节约投资410万元－－700万元，其中控制系统硬件资源配置节约230万元、控制电缆减少节约402万元；工程控制系统（DCS＋ECS）总投资可节省投资15％；可见一体化控制系统设计方案的技术经济性能高于常规方式，具有极高的性价比。[/Post]7 结语大型火力发电厂的自动化控制系统在实践中越来越要求机炉电一体化，采用分布式系统构成的集散控制系统DCS正在向FCS系统发展，基于现场总线和网络通信构成的大型综合性管控一体化系统成为新一代火电厂自动化的特征。电气控制系统是火电厂自动化的重要组成部分，电气控制系统的发展经历了独立的电气自动化装置、DCS硬接线控制、DAS模式的ECS系统、采用关键硬接线的FECS系统和全通信的FECS系统几个阶段。在功能上电气控制系统正在发展为智能型具有综合管理控制功能的大型监控系统，并与机组DCS系统实现信息融合，协调控制。这种基于数字化、信息化的一体化控制方案大大地丰富了机组DCS的IO信息，节省了大量投资。同时，实现了对电气设备及保护信息的管理，具有设备管理、操作票、防误、故障信息管理、系统自诊断等丰富的高级应用功能，在很大程度上提高了火电厂自动化水平。其中采用现场总线方式并参与DCS一体化控制的FECS模式将成为ECS控制模式的主流。  参考文献：1.      阳宪惠，工业数据通信与控制网络，清华大学出版社，2003年6月；2.      Karl J Astrom，计算机控制系统理论与设计（第三版），清华大学出版社，2002年1月；3.      林文孚，胡燕，单元机组自动控制技术，中国电力出版社，2004年1月

作者: ppp 时间: 2008-5-12 21:26
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作者: ppp 时间: 2008-5-12 21:27
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作者: ppp 时间: 2008-5-12 21:37
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作者: ppp 时间: 2008-5-12 21:38
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作者: lom12 时间: 2008-5-15 09:50
学习，好贴

作者: 电力知音 时间: 2008-5-30 15:16
该模式下的FECS与DCS一体化控制除了信息融合以外，控制功能有所分工。对于与热工运行相关的重要电动机控制沿用DCS的IO硬接线方式，对于电气的厂用电源部分和非关键的电动机和回路的控制采用FECS的现场总线/工业以太网通信方式。

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