水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控課件

水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控主講：余波副教授水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控參考教材：陳光大.計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng).武漢水利電力大學(xué)出版社

王定一.水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)視與控制.中國電力出版社DL/T5065-1996

水力發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)定課程內(nèi)容水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能指標(biāo)數(shù)據(jù)采集和處理微機(jī)調(diào)速器勵(lì)磁調(diào)節(jié)器LCU人機(jī)聯(lián)系A(chǔ)GC和AVC通訊技術(shù)電廠控制級(jí)梯級(jí)水電廠的控制1.1水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展概況一、實(shí)現(xiàn)水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控緣由提高電廠自動(dòng)化水平、保證安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行電廠規(guī)模大，功能復(fù)雜計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展日臻完善1.1水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展概況二、國外發(fā)展概況二十世紀(jì)70年代取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制的水電廠。先是由一臺(tái)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對主要工況的監(jiān)視和操作，逐步進(jìn)入到由多臺(tái)小型機(jī)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。法國基本上實(shí)現(xiàn)了無經(jīng)常值班人員，大廠采用在家值班方式。梯級(jí)實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控、聯(lián)合調(diào)度。日本大部分實(shí)現(xiàn)無人值班，廠級(jí)控制規(guī)模不大，而設(shè)有規(guī)模較大的地區(qū)控制所。美國大小電站多，大型電站采用龐大的功能復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。二十世紀(jì)70年代就采用分層分布控制事件分辨率達(dá)1ms。現(xiàn)廣泛采用監(jiān)控系統(tǒng)1.1水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展概況二、國外發(fā)展概況美國大小電站多，大型電站采用龐大的功能復(fù)雜的監(jiān)控系統(tǒng)。二十世紀(jì)70年代就采用分層分布控制事件分辨率達(dá)1ms?，F(xiàn)廣泛采用微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。由于水電廠在系統(tǒng)中地位重要，都保留少量值班人員。加拿大由于電廠容量大，氣候環(huán)境惡劣，人少，監(jiān)控系統(tǒng)水平較高。1.1水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展概況二、國內(nèi)發(fā)展概況二十世紀(jì)70年代末起步。南自、長辦、華工開始對葛洲壩監(jiān)控系統(tǒng)的研究。水科院開始對富春江監(jiān)控系統(tǒng)的研究。天傳所開始對永定河梯級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)的研究。同時(shí)大力開展引進(jìn)工作近十年成效顯著，達(dá)到國際90年代水平。典型代表：EC2000、NC2000、H90001.2水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控方式的演變一、常規(guī)為主，計(jì)算機(jī)為輔（CASC）計(jì)算機(jī)可靠性受置疑、性價(jià)比低，電廠直接控制功能由常規(guī)控制完成，計(jì)算機(jī)僅作監(jiān)視、記錄、打印和一些離線處理。功能少性能低，自動(dòng)化水平提高有障礙。代表：富春江自動(dòng)化一期（20世紀(jì)80年代上半期）。1.2水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控方式的演變二、計(jì)算機(jī)和常規(guī)雙重監(jiān)控（CCSC）計(jì)算機(jī)可靠性有所提高、性價(jià)比有所改善，電廠同時(shí)配置相互獨(dú)立的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)和常規(guī)控制系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)可切換，互為備用。（新建廠不采用）原因：心理障礙，人員習(xí)慣；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)檢修時(shí)可啟用常規(guī)系統(tǒng)；對已有常規(guī)系統(tǒng)的電站改造容易。缺點(diǎn)：投資大、二次接線復(fù)雜可靠性反而低代表：葛洲壩大江、龍羊峽。1.2水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控方式的演變四、全計(jì)算機(jī)監(jiān)控方式CBSC方式的延伸，是以計(jì)算機(jī)為唯一監(jiān)控設(shè)備的全計(jì)算機(jī)監(jiān)控方式。特點(diǎn)：中控室無常規(guī)集中控制設(shè)備，機(jī)旁無自動(dòng)操作盤，不考慮機(jī)旁自動(dòng)操作。系統(tǒng)可靠性、冗余度要求極高。代表：隔河巖水電廠。1.2水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控方式的演變五、趨勢狀態(tài)檢修控制、維護(hù)和管理集成系統(tǒng)1.3水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能與裝機(jī)容量、臺(tái)數(shù)、電廠在系統(tǒng)中的地位和承擔(dān)的任務(wù)有關(guān)。1.3水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能二、開關(guān)量監(jiān)視記錄和事件順序記錄（SOE）

開關(guān)量：機(jī)組工況、開關(guān)位置、事故故障信號(hào)事件順序記錄：對重要信號(hào)動(dòng)作順序的記錄，便于事故分析。1.3水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能三、事故追憶和故障錄波

發(fā)生事故時(shí)，對一些與事故有關(guān)的參數(shù)的歷史值和事故期間的采樣值進(jìn)行顯示和打印。如線路及機(jī)組的電壓、電流和頻率。1.3水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能四、正常的控制和操作機(jī)組工況轉(zhuǎn)換；同期；倒閘操作；功率調(diào)節(jié)；輔助設(shè)備控制等。1.3水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能六、自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）在滿足各項(xiàng)限制條件的前提下，以迅速、經(jīng)濟(jì)的方式控制整個(gè)水電廠的有功功率來滿足電力系統(tǒng)的需要。主要內(nèi)容：計(jì)算最佳運(yùn)行臺(tái)數(shù)和組合；確定運(yùn)行機(jī)組臺(tái)號(hào)；運(yùn)行機(jī)組間的負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配；校核各項(xiàng)限制條件。1.3水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能七、自動(dòng)電壓控制（AVC）在滿足電廠和機(jī)組各種安全約束條件下，比較高壓母線電壓實(shí)測值和設(shè)定值，根據(jù)不同運(yùn)行工況對全廠的機(jī)組做出實(shí)時(shí)決策（改變勵(lì)磁），或改變聯(lián)絡(luò)變壓器分接頭有載調(diào)節(jié)位置，以維持高壓母線電壓設(shè)定值，并合理分配廠內(nèi)各機(jī)組的無功功率，盡量減少水電廠的功率消耗。1.3水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能八、人機(jī)接口（HMI）是運(yùn)行人員監(jiān)控全廠生產(chǎn)過程，維修人員管理、維護(hù)、開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)的必需手段。主要內(nèi)容：系統(tǒng)控制權(quán)的設(shè)置和切換；機(jī)組及重要設(shè)備的狀態(tài)設(shè)置；測點(diǎn)和設(shè)備的投運(yùn)；參數(shù)整定值和限值的修改；電廠運(yùn)行方式的設(shè)置和切換；調(diào)各種畫面；各類打印和報(bào)表；操作票顯示和在線修改；機(jī)組啟停和工況轉(zhuǎn)換操作；斷路器及隔離開關(guān)的開斷、關(guān)合操作；機(jī)組有功無功的調(diào)整；AGC和AVC功能設(shè)置和參數(shù)設(shè)定；故障和事件報(bào)警處理。1.3水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能十、自診斷及時(shí)發(fā)現(xiàn)自身故障并指出故障部位。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)程序鎖死或失控時(shí)，自動(dòng)恢復(fù)到原來的運(yùn)行狀態(tài)。1.3水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能十一、仿真培訓(xùn)在不涉及電廠生產(chǎn)設(shè)備的情況下，對電廠運(yùn)行和檢修人員進(jìn)行基本知識(shí)技能、模擬操作和事故處理等方面的培訓(xùn)，以提高水電廠人員的素質(zhì)，保證水電廠安全運(yùn)行。代表：委內(nèi)瑞拉古里水電廠、中國葛洲壩水電廠。1.4實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控可取得的效益二、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

通過AGC可優(yōu)化電廠、機(jī)組的工作狀態(tài)，達(dá)到多發(fā)

電，少耗水的目的。1.4實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控可取得的效益三、減少運(yùn)行值班人員

強(qiáng)大的數(shù)采和處理能力減少了人的工作強(qiáng)度和工作量。因此可大大減少運(yùn)行值班人員，相應(yīng)的生活和文化設(shè)施也大大減少。最終走向少人和無人值班。1.5少人值班和“無人值班”(少人值守)問題一、客觀上需要

水電廠大多位置偏遠(yuǎn)、工作生活環(huán)境差；附屬設(shè)施多，人員膨脹厲害；社會(huì)進(jìn)步對人精神文化方面的沖擊；技術(shù)人員流失嚴(yán)重；電廠、機(jī)組容量增大，功能復(fù)雜。1.5少人值班和“無人值班”(少人值守)問題二、無人值班和“無人值班”(少人值守)的含義

無人值班在家值班和遠(yuǎn)方集中值班；定期巡視或有事應(yīng)召?！盁o人值班”(少人值守)值班人員在廠外，廠內(nèi)保留少數(shù)“值守”人員進(jìn)行日常維護(hù)、巡視檢查、檢修管理、現(xiàn)場緊急事故處理等。1.5少人值班和“無人值班”(少人值守)問題三、國內(nèi)外情況

國外以法國為代表國內(nèi)逐步開始實(shí)施1.5少人值班和“無人值班”(少人值守)問題四、實(shí)現(xiàn)無人值班和“無人值班”(少人值守)的條件和方式條件：主輔設(shè)備安全可靠，能長期穩(wěn)定運(yùn)行；基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)完善可靠；已建立全廠自動(dòng)化系統(tǒng)，能監(jiān)、控、錄；素質(zhì)良好的運(yùn)行人員隊(duì)伍；完整的科學(xué)管理制度。1.5少人值班和“無人值班”(少人值守)問題四、實(shí)現(xiàn)無人值班和“無人值班”(少人值守)的條件和方式方式：梯調(diào)集中控制，各廠實(shí)現(xiàn)“無人值班”（少人值守）；上級(jí)調(diào)度所直接監(jiān)控水電廠，實(shí)現(xiàn)“無人值班”（少人值守）；小廠按流量（水位）或日負(fù)荷曲線自動(dòng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)“無人值班”（少人值守）；第二章水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能指標(biāo)2.1水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的演變2.2水電廠的分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)2.3水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的幾種實(shí)用模式2.4水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的基本要求和主要性能指標(biāo)2.1水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演變一、集中式監(jiān)控系統(tǒng)全廠由一臺(tái)或兩臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行集中監(jiān)控。備用方式：冷備用方式；溫備用方式；熱備用方式特點(diǎn)：計(jì)算機(jī)負(fù)荷重可靠性低，故障影響面大。電纜多，故障多。典型：20世紀(jì)70年代美國石河段水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。適用于容量小、臺(tái)數(shù)少、控制功能簡單的電廠。2.1水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演變二、功能分散式監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的各項(xiàng)功能由多臺(tái)計(jì)算機(jī)分別完成。如：數(shù)采機(jī)；調(diào)整控制機(jī)；事件記錄機(jī)；通訊機(jī)。由于功能分散，計(jì)算機(jī)負(fù)荷小，可采用微機(jī)系統(tǒng)。仍然存在信息過于集中的缺點(diǎn)。一旦某單工設(shè)備出現(xiàn)故障，有可能全廠功能因此將全部喪失。2.1水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演變?nèi)?、分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)分布式監(jiān)控系統(tǒng)是按控制對象進(jìn)行分散，（如：機(jī)組；開關(guān)站；公用設(shè)備；閘門等）。并按控制對象設(shè)置單獨(dú)的控制單元（LCU）。同時(shí)分布式系統(tǒng)與分層系統(tǒng)結(jié)合——將現(xiàn)地控制單元組成為現(xiàn)地控制級(jí)（層），另外再設(shè)置電廠級(jí)（層）監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)全廠性的功能，從而構(gòu)成分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)。特點(diǎn)：某機(jī)組LCU故障，不影響全廠運(yùn)行；信息分布而不是集中處理，電纜敷設(shè)少。2.2水電廠的分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)一、分層控制的優(yōu)、缺點(diǎn)底層不涉及全系統(tǒng)性的功能，響應(yīng)快，減輕控制中心負(fù)擔(dān)；系統(tǒng)某部分故障不易波及全部，分層之間還可相互備用；信息傳送量少，電纜少，控制、傳輸設(shè)備要求低，系統(tǒng)價(jià)格下降；變更和擴(kuò)展性強(qiáng)，可分階段實(shí)施；計(jì)算機(jī)多而配置能更好地與功能要求相適應(yīng)；整個(gè)系統(tǒng)控制較復(fù)雜，通常須采取迭代式控制；系統(tǒng)軟件復(fù)雜，需要很好協(xié)調(diào)。2.2水電廠的分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)二、水電廠的分層控制

水電廠是龐大的電力系統(tǒng)的分層控制系統(tǒng)中的基層。但是因其本身的復(fù)雜性也采用分層控制。水電廠分層控制模型：驅(qū)動(dòng)層功能組控制層機(jī)組控制層電廠控制層2.2水電廠的分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)三、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)問題水電廠的分層分布式控制通常采用計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)進(jìn)行相互之間的信息交換。其速度快、糾錯(cuò)力強(qiáng)、可靠性高、擴(kuò)充性好、傳輸距離長、支持用戶量大、投資低。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：星形網(wǎng)環(huán)形網(wǎng)總線網(wǎng)2.2水電廠的分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)四、開放式系統(tǒng)問題定義：不同廠家的設(shè)備可以通過其設(shè)備特征對系統(tǒng)是透明的方式在功能上實(shí)現(xiàn)集成。中心點(diǎn)：遵守共同的軟件接口、網(wǎng)絡(luò)通訊接口、用戶操作接口等標(biāo)準(zhǔn)（IEEE、ISO、IEC）特點(diǎn)：體系結(jié)構(gòu)模塊化；模塊接口標(biāo)準(zhǔn)化；功能處理分布化；應(yīng)用軟件可移植；不同系統(tǒng)之間可操作。優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)的開放性、可升級(jí)性、可擴(kuò)展性，系統(tǒng)升級(jí)換代的低成本。2.2水電廠的分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)五、分布式人機(jī)工作站過去：采用終端式人機(jī)工作站。主機(jī)負(fù)荷大，距離短、速度受影響，工作站數(shù)量受硬件限制?，F(xiàn)在：采用基于網(wǎng)絡(luò)通訊和微機(jī)的分布式人機(jī)工作站?？朔松鲜鋈秉c(diǎn)。2.2水電廠的分層分布式監(jiān)控系統(tǒng)六、開放式分層全分布式系統(tǒng)主要是以分布式數(shù)據(jù)庫為特征。2.3水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

的幾種實(shí)用模式

見p24～p322.4水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

的基本要求和主要性能指標(biāo)一、實(shí)時(shí)性（即響應(yīng)速度）

數(shù)采時(shí)間；人機(jī)接口響應(yīng)時(shí)間；現(xiàn)地單元響應(yīng)命令時(shí)間；AGC/AVC執(zhí)行周期；雙機(jī)切換時(shí)間。2.4水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

的基本要求和主要性能指標(biāo)二、可靠性/可利用率

事故平均間隔時(shí)間（MTBF）；平均停運(yùn)時(shí)間（MDT）；平均檢修時(shí)間（MTTR）；可利用率A=MTBF/（MTBF+MDT）。2.4水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

的基本要求和主要性能指標(biāo)三、可維修性四、系統(tǒng)安全性五、可適應(yīng)性或可擴(kuò)展性六、簡單性和經(jīng)濟(jì)性七、使用壽命

第三章數(shù)據(jù)采集和處理3.1數(shù)據(jù)采集中的數(shù)據(jù)分類3.2水電廠信息源及其特征3.3水電廠數(shù)據(jù)采集要求3.4數(shù)據(jù)處理要求3.5傳感器、變送器3.6數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)3.7水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫第三章數(shù)據(jù)采集和處理3.1數(shù)據(jù)采集中的數(shù)據(jù)分類

通常按照信號(hào)性質(zhì)的不同把它們分為：模擬量（電氣、非電氣、溫度）開關(guān)量（中斷型開關(guān)量、非中斷型開關(guān)量）脈沖量、數(shù)字量第三章數(shù)據(jù)采集和處理3.2水電廠信息源及其特征水電廠信息源分類方法可按設(shè)備分布位置、設(shè)備對象或控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分。尤以按設(shè)備對象劃分最普遍。如：發(fā)電電動(dòng)機(jī)、勵(lì)磁系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)端和中性點(diǎn)、變壓器、斷路器和開關(guān)、水輪機(jī)/水泵、調(diào)速系統(tǒng)、引水系統(tǒng)、廠用電系統(tǒng)、全廠公用設(shè)備、開關(guān)站、外部系統(tǒng)等。

（信息源特征同3.1）第三章數(shù)據(jù)采集和處理3.3水電廠數(shù)據(jù)采集要求一、實(shí)時(shí)性對各類信息的采集有不同的采樣周期。二、可靠性主要指抗干擾和防錯(cuò)糾錯(cuò)措施。第三章數(shù)據(jù)采集和處理3.4水電廠數(shù)據(jù)處理要求一、模擬量處理要求包括預(yù)防回路斷線及斷線檢測功能、信號(hào)抗干擾、數(shù)字濾波、誤差補(bǔ)償、數(shù)據(jù)有效性合理性判斷、標(biāo)度換算、梯度計(jì)算、越復(fù)限判斷及越限報(bào)警，最后經(jīng)格式化處理后形成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。二、開關(guān)量處理要求包括光電隔離、接點(diǎn)防抖動(dòng)處理、硬件及軟件濾波、基準(zhǔn)時(shí)間補(bǔ)償、數(shù)據(jù)有效性合理判斷、啟動(dòng)相關(guān)量處理功能(如啟動(dòng)事故順序記錄、發(fā)事故報(bào)警音響、畫面自動(dòng)推出以及自動(dòng)停機(jī)等)，最后經(jīng)格式化處理后存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。第三章數(shù)據(jù)采集和處理3.4水電廠數(shù)據(jù)處理要求三、脈沖量處理要求包括接點(diǎn)防抖動(dòng)處理、數(shù)據(jù)有效性合理判斷、標(biāo)度變換、檢錯(cuò)糾錯(cuò)處理，經(jīng)格式化處理后存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。

四、數(shù)字量處理要求包括光電隔離、數(shù)字濾波、碼制變換、數(shù)據(jù)有效性合理性判斷、標(biāo)度變換、檢錯(cuò)糾錯(cuò)處理，經(jīng)格式化處理后存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫。第三章數(shù)據(jù)采集和處理3.5傳感器、變送器

功能：將被測物理量轉(zhuǎn)換成電氣參數(shù)來實(shí)現(xiàn)對物理量的檢測。類型：溫度、壓力、液位、流量、位移、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)擺度第三章數(shù)據(jù)采集和處理3.6數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)

水電廠的數(shù)據(jù)采集主要通過現(xiàn)地控制單元的硬件與軟件的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在普遍采用板卡、模塊與相應(yīng)的軟件結(jié)合，通過參數(shù)設(shè)置即可進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)。

例：利用組態(tài)王和研祥CPL726板卡結(jié)合實(shí)現(xiàn)DI、DO、D/A第三章數(shù)據(jù)采集和處理3.7水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫

一、數(shù)據(jù)庫概述

定義：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是由實(shí)現(xiàn)有組織地動(dòng)態(tài)地存儲(chǔ)大量關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，為多種應(yīng)用服務(wù)，方便用戶訪問的計(jì)算機(jī)軟硬件資源組成的系統(tǒng)。特點(diǎn)：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化；冗余??；數(shù)據(jù)與程序的獨(dú)立性高；統(tǒng)一的數(shù)據(jù)控制功能（安全性、完整性、并發(fā)控制等）。模式結(jié)構(gòu)：外模式（子模式）、模式（概念模式）、內(nèi)模式（存儲(chǔ)模式）。第三章數(shù)據(jù)采集和處理3.7水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫

一、數(shù)據(jù)庫概述數(shù)據(jù)模型：分為層次、網(wǎng)狀和關(guān)系型。均含數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)操作和完整規(guī)則三要素。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)：在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，用于對數(shù)據(jù)庫及系統(tǒng)資源進(jìn)行統(tǒng)一管理和控制的軟件。定義：數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是由實(shí)現(xiàn)有組織地動(dòng)態(tài)地存儲(chǔ)大量關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，為多種應(yīng)用服務(wù)，方便用戶訪問的計(jì)算機(jī)軟硬件資源組成的系統(tǒng)。第三章數(shù)據(jù)采集和處理3.7水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫

二、水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的特殊問題在水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，現(xiàn)廣泛采用分布式數(shù)據(jù)庫。同時(shí)又分為主控層和現(xiàn)地單元層數(shù)據(jù)庫。（一）、主控層數(shù)據(jù)庫按主機(jī)、工程師站、操作員站、網(wǎng)關(guān)等分別建立數(shù)據(jù)庫。其中實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫或SCADA數(shù)據(jù)庫是監(jiān)控系統(tǒng)中受到廣泛關(guān)注的重要數(shù)據(jù)庫。第三章數(shù)據(jù)采集和處理3.7水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫

二、水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的特殊問題（一）、主控層數(shù)據(jù)庫內(nèi)容：模擬量、開關(guān)量、數(shù)字量和脈沖主控層量。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫生成步驟：數(shù)據(jù)記錄的輸入或修改；數(shù)據(jù)庫下裝文件的生成第三章數(shù)據(jù)采集和處理3.7水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫

二、水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的特殊問題（一）、主控層數(shù)據(jù)庫內(nèi)容：報(bào)表和趨勢顯示數(shù)據(jù)。有快速（高頻采樣）和普通（普頻采樣）主控層歷史數(shù)據(jù)庫生成：歷史數(shù)據(jù)庫文件的編輯；對源文件的編譯并下裝到目標(biāo)站第三章數(shù)據(jù)采集和處理3.7水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫

二、水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫應(yīng)用的特殊問題（二）、現(xiàn)地控制單元實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫現(xiàn)地控制單元實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫包含有本單元的全部數(shù)據(jù)記錄，以保證該單元脫離系統(tǒng)能獨(dú)立運(yùn)行。同時(shí)還有各種功能模塊或算法，以形成該單元軟件的中心環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)記錄類型和結(jié)構(gòu)模擬點(diǎn)數(shù)據(jù)記錄結(jié)構(gòu)：通道、轉(zhuǎn)換、采樣周期控制、極限檢測信息、說明信息和索引信息。數(shù)字點(diǎn)數(shù)據(jù)記錄結(jié)構(gòu)：通道、采樣周期控制、索引信息、點(diǎn)狀態(tài)值、點(diǎn)狀態(tài)值報(bào)警定義、報(bào)警級(jí)別及控制項(xiàng)第四章微機(jī)調(diào)速器4.1概述4.2微機(jī)調(diào)速器原理4.3典型的微機(jī)調(diào)速器第四章微機(jī)調(diào)速器4.1概述一、微機(jī)調(diào)速器國內(nèi)外發(fā)展情況起源于20世紀(jì)80年代，發(fā)展迅速，國內(nèi)外基本同步。第四章微機(jī)調(diào)速器4.1概述二、微機(jī)調(diào)速器主要功能1、自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制基本功能2、特殊功能在線故障診斷和處理離線診斷容錯(cuò)控制（主要采用冗余技術(shù)）計(jì)算機(jī)輔助試驗(yàn)功能事故記錄功能與上位機(jī)通訊功能第四章微機(jī)調(diào)速器4.1概述三、微機(jī)調(diào)速器的主要技術(shù)指標(biāo)GB/T9652.1-1997水輪機(jī)調(diào)速器與油壓裝置技術(shù)條件GB/T9652.2-1997水輪機(jī)調(diào)速器與油壓裝置試驗(yàn)驗(yàn)收規(guī)程第四章微機(jī)調(diào)速器4.2微機(jī)調(diào)速器的工作原理一、微機(jī)調(diào)速器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1、微機(jī)調(diào)節(jié)器加電液隨動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2、具有中間接力器的調(diào)速器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)器＋電液伺服裝置＋機(jī)械液壓隨動(dòng)系統(tǒng)3、用電機(jī)控制的微機(jī)調(diào)速器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)器＋電氣伺服裝置＋機(jī)械液壓隨動(dòng)系統(tǒng)第四章微機(jī)調(diào)速器4.2微機(jī)調(diào)速器的工作原理二、微機(jī)調(diào)節(jié)器的工作原理及硬件配置

從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)來看，微機(jī)調(diào)速器和模擬電調(diào)的主要區(qū)別在于：前者用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、單片機(jī)或可編程控制器取代了后者所用的電子調(diào)節(jié)器。正是由于這一取代，使水輪機(jī)調(diào)速器不僅可以實(shí)現(xiàn)PID調(diào)節(jié)，而且可以方便地實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的控制策略，同時(shí)在控制算法上也有所不同。

第四章微機(jī)調(diào)速器4.2微機(jī)調(diào)速器的工作原理二、微機(jī)調(diào)節(jié)器的工作原理及硬件配置（一）微機(jī)調(diào)節(jié)器的控制算法目前的微機(jī)調(diào)節(jié)器就其調(diào)節(jié)規(guī)律來說大多數(shù)是PID型連續(xù)PID算法離散化的數(shù)字PID表達(dá)式（位置型算法）第四章微機(jī)調(diào)速器4.2微機(jī)調(diào)速器的工作原理二、微機(jī)調(diào)節(jié)器的工作原理及硬件配置（一）微機(jī)調(diào)節(jié)器的控制算法增量型PID算法實(shí)用的PID算法第四章微機(jī)調(diào)速器4.2微機(jī)調(diào)速器的工作原理二、微機(jī)調(diào)節(jié)器的工作原理及硬件配置（一）微機(jī)調(diào)節(jié)器的控制算法考慮在并網(wǎng)之后按永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)bp作有差調(diào)節(jié)后的算法

第四章微機(jī)調(diào)速器4.2微機(jī)調(diào)速器的工作原理（二）、微機(jī)調(diào)節(jié)器的硬件配置及工作原理帶數(shù)液隨動(dòng)系統(tǒng)的增量型數(shù)字PID微機(jī)調(diào)速器控制系統(tǒng)原理框圖

第四章微機(jī)調(diào)速器4.2微機(jī)調(diào)速器的工作原理（二）、微機(jī)調(diào)節(jié)器的硬件配置及工作原理硬件結(jié)構(gòu)實(shí)例圖第五章微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器5.1概述5.2微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的工作原理5.3典型的微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器（略）第六章計(jì)算機(jī)同步裝置6.1采用計(jì)算機(jī)同步裝置的必要性6.2計(jì)算機(jī)同步裝置的基本原理6.3與同步有關(guān)的幾個(gè)問題6.4計(jì)算機(jī)同步裝置實(shí)例第七章機(jī)組的順序操作7.1概述7.2機(jī)組及輔助設(shè)備的自動(dòng)化要求7.3機(jī)組自動(dòng)操作第七章機(jī)組的順序操作7.1概述機(jī)組的順序操作是LCU自動(dòng)控制的組成部分，是監(jiān)控的基礎(chǔ)。任務(wù)：按給定的運(yùn)行命令自動(dòng)按規(guī)定順序控制機(jī)組的調(diào)速、勵(lì)磁、同步和機(jī)組自動(dòng)化元件，實(shí)現(xiàn)工況的轉(zhuǎn)換。常規(guī)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)：停機(jī)發(fā)電調(diào)相第七章機(jī)組的順序操作7.2機(jī)組及輔助設(shè)備的自動(dòng)化要求一、機(jī)組潤滑系統(tǒng)二、機(jī)組冷卻系統(tǒng)三、水輪機(jī)密封和排水系統(tǒng)四、機(jī)組制動(dòng)系統(tǒng)五、壓水調(diào)相系統(tǒng)第七章機(jī)組的順序操作7.2機(jī)組及輔助設(shè)備的自動(dòng)化要求一、機(jī)組潤滑系統(tǒng)自循環(huán)潤滑系統(tǒng)系統(tǒng)工作簡單，僅要求設(shè)置油槽油位信號(hào)器，并按規(guī)定整定和動(dòng)作。強(qiáng)迫油循環(huán)潤滑系統(tǒng)多用于臥式機(jī)組，油泵設(shè)主備用，主管上設(shè)電動(dòng)閥，高位油箱設(shè)溢油管，軸承油槽設(shè)油位信號(hào)器。第七章機(jī)組的順序操作7.2機(jī)組及輔助設(shè)備的自動(dòng)化要求二、機(jī)組冷卻系統(tǒng)軸承冷卻系統(tǒng)潤滑油（水）同時(shí)取冷卻作用，冷卻器水管裝示流信號(hào)器，軸承設(shè)溫度信號(hào)器和傳感器，水輪發(fā)電機(jī)冷卻系統(tǒng)

1、空冷式冷卻水供水總管設(shè)自動(dòng)操作閥，冷卻器水管裝示流信號(hào)器，進(jìn)出口設(shè)風(fēng)溫溫度傳感器，定轉(zhuǎn)子繞組和鐵芯設(shè)溫度信號(hào)器和傳感器。2、水冷式3、蒸發(fā)冷卻式第七章機(jī)組的順序操作7.2機(jī)組及輔助設(shè)備的自動(dòng)化要求三、水輪機(jī)密封和排水系統(tǒng)主軸密封設(shè)密封潤滑水電磁閥，示流信號(hào)器，主備用潤滑水切換，（水泵密封無上述要求）。檢修密封

圍帶式設(shè)充氣、排氣電磁閥。頂蓋排水有自流式和水泵排水方式，水泵需設(shè)主備用泵。第七章機(jī)組的順序操作7.2機(jī)組及輔助設(shè)備的自動(dòng)化要求四、水輪發(fā)電機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械制動(dòng)用低壓壓縮空氣系統(tǒng)在轉(zhuǎn)速下降到一定值時(shí)頂制動(dòng)閘。電氣制動(dòng)

發(fā)電機(jī)解列、滅磁后將其出口三相短路，利用外部電源供給轉(zhuǎn)子恒定電流以產(chǎn)生電磁制動(dòng)轉(zhuǎn)矩（發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障不能使用）。轉(zhuǎn)速達(dá)（50~60％）nr時(shí)投入，轉(zhuǎn)速達(dá)（5~20％）nr時(shí)投機(jī)械制動(dòng)水力制動(dòng)用于沖擊式機(jī)組。第七章機(jī)組的順序操作7.2機(jī)組及輔助設(shè)備的自動(dòng)化要求五、機(jī)組壓水調(diào)相系統(tǒng)機(jī)組調(diào)相時(shí)打開給氣閥壓水，水位達(dá)下限時(shí)關(guān)閉閥，水位達(dá)上限時(shí)再開。機(jī)組調(diào)相時(shí)補(bǔ)氣閥長開，以免給氣閥動(dòng)作頻繁。第七章機(jī)組的順序操作7.3機(jī)組自動(dòng)操作機(jī)組自動(dòng)操作控制方式的演變：繼電器邏輯控制晶體管無觸點(diǎn)控制IPC和PLC控制第七章機(jī)組的順序操作7.3機(jī)組自動(dòng)操作IPC和PLC順序控制方式

通過微機(jī)的外圍設(shè)備中的開關(guān)量、模擬量輸入模板采集有關(guān)的信息，由CPU進(jìn)行計(jì)算、分析和邏輯判斷，將處理結(jié)果轉(zhuǎn)換成像繼電器通、斷一樣的輸出信號(hào)，再去控制機(jī)組及其輔助系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)、同步裝置等設(shè)備。第七章機(jī)組的順序操作7.3機(jī)組自動(dòng)操作一、輸入/輸出配置機(jī)組順序控制的輸入/輸出配置與機(jī)型、容量、輔助設(shè)備配置、運(yùn)行方式等有關(guān)。通常電廠采用接點(diǎn)配置表方式提供給系統(tǒng)集成供應(yīng)商。典型的機(jī)組順序操作I/O接點(diǎn)表（P145~P148）第七章機(jī)組的順序操作7.3機(jī)組自動(dòng)操作二、順序操作程序的設(shè)計(jì)原則

人員發(fā)出操作命令后，可自動(dòng)按預(yù)定流程完成全部操作，也可在人的干預(yù)下進(jìn)行單步操作。停機(jī)命令優(yōu)先于發(fā)電和調(diào)相命令，在開機(jī)、發(fā)電或調(diào)相態(tài)時(shí)，均可執(zhí)行停機(jī)令，并禁止其他操作。操作過程中的每步操作均設(shè)啟動(dòng)判斷條件，滿足執(zhí)行下一步，不滿足中斷操作并作相應(yīng)處理。操作過程中的每個(gè)命令，均檢查執(zhí)行情況。當(dāng)操作失敗使設(shè)備處于不允許的運(yùn)行狀態(tài)，采取相應(yīng)的控制，使設(shè)備進(jìn)入某穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。若機(jī)組、設(shè)備事故，或運(yùn)行狀態(tài)變化，不允許操作繼續(xù)，則自動(dòng)中斷過程使程序退出。第七章機(jī)組的順序操作7.3機(jī)組自動(dòng)操作三、機(jī)組操作流程停機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)電（p149）發(fā)電轉(zhuǎn)停機(jī)（p151）發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相（p152）調(diào)相轉(zhuǎn)發(fā)電（p153）停機(jī)轉(zhuǎn)調(diào)相：停機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)電＋發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相調(diào)相轉(zhuǎn)停機(jī)：調(diào)相轉(zhuǎn)發(fā)電＋發(fā)電轉(zhuǎn)停機(jī)第七章機(jī)組的順序操作7.3機(jī)組保護(hù)與信號(hào)四、機(jī)組操作流程水力機(jī)械事故保護(hù)溫度過高或事故低油壓時(shí)進(jìn)入事故停機(jī)調(diào)速系統(tǒng)事故進(jìn)入事故停機(jī)發(fā)電機(jī)內(nèi)部事故進(jìn)入事故停機(jī)緊急事故保護(hù)事故停機(jī)過速或剪斷銷剪斷，事故閘門或主閥動(dòng)作水力機(jī)械故障保護(hù)溫度越限、油槽油位異常、冷卻水中斷，發(fā)故障信號(hào)第八章現(xiàn)地控制單元8.1概述8.2功能8.3結(jié)構(gòu)類型8.4典型實(shí)例第八章現(xiàn)地控制單元8.1概述

LCU是水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是安全運(yùn)行的關(guān)鍵所在。擔(dān)負(fù)與生產(chǎn)過程聯(lián)系、采集信息，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制；向廠級(jí)傳送信息，并接受其指令。LCU包括機(jī)組、開關(guān)站、公用設(shè)備和閘門等的LCU。LCU的特點(diǎn)：模塊化設(shè)計(jì)，接線簡單，可靠性可維護(hù)性強(qiáng)；有計(jì)算處理和存儲(chǔ)功能可變性、可擴(kuò)充性強(qiáng)可置于生產(chǎn)過程設(shè)備附近，節(jié)省電纜、投資可實(shí)現(xiàn)自診斷可進(jìn)行趨勢分析判斷可對冗余設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)選擇和操作第八章現(xiàn)地控制單元8.2功能數(shù)字采集功能數(shù)據(jù)處理功能控制與調(diào)節(jié)功能通訊功能時(shí)鐘同步功能自診斷和自恢復(fù)功能人機(jī)接口功能第八章現(xiàn)地控制單元8.3結(jié)構(gòu)類型一、以高性能可編程控制器為基礎(chǔ)控制器＋智能I/O＋冗余現(xiàn)場總線＋模擬量采集裝置控制器CPU+存貯器＋通訊模塊＋電源模塊智能I/O有自己的CPU、存貯器、現(xiàn)場總線通訊接口、各種I/O板第八章現(xiàn)地控制單元8.3結(jié)構(gòu)類型二、以工控機(jī)或微處理器為基礎(chǔ)（一）工控機(jī)或微處理器＋一般I/O＋智能I/O結(jié)構(gòu)由主控制器（CPU＋通訊模板＋I(xiàn)/O模板）、子控制器（遠(yuǎn)程I/O、調(diào)速、勵(lì)磁、保護(hù)等，）和現(xiàn)場總線組成。（二）工控機(jī)或微處理器＋一般I/O結(jié)構(gòu)各種I/O信號(hào)均通過I/O接口板直接與I/O板連接，所有模擬量信號(hào)均通過變送器連接模擬量輸入通道。控制輸出通過繼電器隔離輸出。國外采用工控機(jī)直接上網(wǎng)方式，國內(nèi)以前需令配工業(yè)微機(jī)上網(wǎng)（原因是以前的工業(yè)單板機(jī)不能直接上網(wǎng)）。第八章現(xiàn)地控制單元8.3結(jié)構(gòu)類型三、工業(yè)微機(jī)加PLC此種方式在國內(nèi)較多。原因：當(dāng)初人們對以微機(jī)為基礎(chǔ)的LCU不放心，PLC可靠且易掌握；以前的PLC不能上網(wǎng)。優(yōu)點(diǎn)：能使用流行的操作系統(tǒng)和軟件；人機(jī)界面豐富；現(xiàn)地?cái)?shù)據(jù)庫功能強(qiáng)缺點(diǎn)：多一個(gè)微機(jī)環(huán)節(jié)，其故障影響大；溫度測量裝置直接與微機(jī)通訊，使PLC對溫度的響應(yīng)延遲。第九章人機(jī)聯(lián)系（略）第十章AGC和AVC10.1電力系統(tǒng)的AGC10.2水電廠的AGC10.3電力系統(tǒng)的AVC10.4水電廠的AVC第十章AGC和AVC10.1電力系統(tǒng)的AGC一、基本任務(wù)和內(nèi)容電力系統(tǒng)負(fù)荷變動(dòng)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)頻率變化。調(diào)速器進(jìn)行一次性調(diào)節(jié)（過渡過程10s左右）。但其ep值會(huì)導(dǎo)致頻率出現(xiàn)靜差；消除頻率靜差的方式是用負(fù)荷頻率控制器進(jìn)行二次性調(diào)節(jié)（啟動(dòng)周期10s左右）。但廠間、機(jī)組間負(fù)荷的分配可能不經(jīng)濟(jì)；負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配為三次性調(diào)節(jié)（