電廠集控運(yùn)行與機(jī)組協(xié)調(diào)控制應(yīng)用

高 晗

（河北省唐山市豐潤電廠，河北 唐山 063000）

0 引 言

隨著智慧電網(wǎng)的建設(shè)，組網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)對(duì)于供電穩(wěn)定性的要求不斷提升。在這樣的背景之下，通過電廠集控運(yùn)行系統(tǒng)對(duì)機(jī)組的協(xié)調(diào)性能進(jìn)行提升，不僅可以提高負(fù)荷調(diào)節(jié)功能，滿足組網(wǎng)的實(shí)際要求，而且可以在水電廠裝機(jī)容量不斷增加的情況下，提升水電廠運(yùn)行的環(huán)保效能，降低對(duì)資源的消耗。

1 水電廠集控運(yùn)行

集控運(yùn)行系統(tǒng)的全稱是集散控制運(yùn)行系統(tǒng)，該系統(tǒng)是水電廠運(yùn)行調(diào)度的核心，對(duì)分散控制起到實(shí)際分配作用。在水電廠的運(yùn)行架構(gòu)過程中，通過三層分層方式，可以實(shí)現(xiàn)比較靈活的集控運(yùn)行調(diào)度。第一層為綜合管理，通過機(jī)組不同生產(chǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行功效，進(jìn)行生產(chǎn)效能的組合與生產(chǎn)任務(wù)的分配，并對(duì)各機(jī)組的實(shí)際配合進(jìn)行整體協(xié)調(diào)。第二層為中間集中操作監(jiān)控，該層級(jí)可以對(duì)各個(gè)機(jī)組實(shí)際的運(yùn)行效率進(jìn)行監(jiān)督，并分析運(yùn)行過程中存在的異常問題，再按照優(yōu)先級(jí)，合理的對(duì)維修資源進(jìn)行調(diào)度。第三級(jí)為現(xiàn)場分布控制層，可以對(duì)現(xiàn)場的實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行匯總，并整理為數(shù)字化運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)縱向運(yùn)行情況進(jìn)行分析對(duì)比，從而為后續(xù)生產(chǎn)管理的升級(jí)，做出數(shù)據(jù)支撐。通過這種層級(jí)化的組合方式，使得電廠集控運(yùn)行系統(tǒng)的效能比較高，屬于一種創(chuàng)新性的生產(chǎn)管理方式，適應(yīng)目前電廠數(shù)字化以及自動(dòng)化的管理方向[1]。

但是，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是智能化技術(shù)的不斷發(fā)展，這種三級(jí)控制系統(tǒng)在電廠集控運(yùn)行方面也受到了一定的挑戰(zhàn)。第一層綜合管理系統(tǒng)對(duì)于第三層現(xiàn)場分布的數(shù)據(jù)提取并不是實(shí)時(shí)的，而是有一定的遲滯。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因主要是通過分散過程對(duì)象每一個(gè)層級(jí)的劃分，匯總成為集控運(yùn)行中心的整體數(shù)據(jù)，才能進(jìn)行二次傳播。這就一定程度上制約了機(jī)組協(xié)調(diào)運(yùn)行的效率，不利于管理科學(xué)性的提升。在智能化背景下，通過機(jī)組協(xié)調(diào)方式進(jìn)行集控運(yùn)行的升級(jí)，就是要通過指揮控制中心的大數(shù)據(jù)技術(shù)升級(jí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)冗余數(shù)據(jù)的有效剔除，減少無效數(shù)據(jù)對(duì)傳輸通路的擠占，提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行?，?shí)現(xiàn)對(duì)集控運(yùn)行各個(gè)子系統(tǒng)的優(yōu)化配置，通過生產(chǎn)安全監(jiān)督與生產(chǎn)效率管理，對(duì)危險(xiǎn)源進(jìn)行立即處理，從而降低生產(chǎn)停車現(xiàn)象，提高機(jī)組運(yùn)行的協(xié)調(diào)性[2]。

2 機(jī)組協(xié)調(diào)控制

機(jī)組協(xié)調(diào)控制主要是對(duì)渦輪、水輪機(jī)等水電廠核心設(shè)備的控制與協(xié)調(diào)，通過發(fā)電機(jī)組優(yōu)化配合，在各個(gè)機(jī)組運(yùn)行的最優(yōu)功率上，進(jìn)行生產(chǎn)效能、生產(chǎn)安全性的全面提升。這種管理方式可以在發(fā)電元件的自適應(yīng)條件下，對(duì)生產(chǎn)元件的系統(tǒng)反應(yīng)進(jìn)行升級(jí)，并運(yùn)用數(shù)字化的CCS 系統(tǒng)進(jìn)行組網(wǎng)方式的升級(jí)，從而將渦輪、水輪機(jī)等不同的發(fā)電核心機(jī)組，作為統(tǒng)一的發(fā)電整體，進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，將功率調(diào)整的耗時(shí)與耗能降到最低。

控制系統(tǒng)可以通過不同功率自動(dòng)化差異計(jì)算，對(duì)勢能效應(yīng)的差值進(jìn)行管理與分析，并依照組網(wǎng)的需求情況，對(duì)負(fù)荷變化進(jìn)行更加靈活的調(diào)整，以適應(yīng)電網(wǎng)智慧化發(fā)展趨勢。同時(shí)，還可以通過自動(dòng)糾偏等過程，進(jìn)行相關(guān)的參數(shù)調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)CCE-TF 系統(tǒng)的全面升級(jí)，使得各個(gè)參數(shù)始終處于良好配合的狀態(tài)，提升實(shí)際運(yùn)行管理的效果。

3 一種典型的電廠集控運(yùn)行與機(jī)組協(xié)調(diào)控制裝置

青島市某水電廠運(yùn)用SG213/23.12-ma4x 型水輪機(jī)組，裝機(jī)容量為2×1 000 MW。該電廠進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過集控運(yùn)行改革與升級(jí)，提高機(jī)組協(xié)調(diào)控制效果，主要設(shè)計(jì)方案如下。

3.1 軟件設(shè)計(jì)

通過軟件協(xié)調(diào)方式對(duì)cs 架構(gòu)進(jìn)行升級(jí)，并且充分應(yīng)用集控運(yùn)行客戶端以及服務(wù)端的硬件，對(duì)環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化分析。

3.1.1 軟件架構(gòu)升級(jí)

第一，嚴(yán)格限制任務(wù)管理流程，通過隔離分配方式，在保障整個(gè)機(jī)組協(xié)調(diào)運(yùn)行控制效果的前提下，盡可能的對(duì)運(yùn)行成本進(jìn)行縮減；通過服務(wù)端雙重顯示系統(tǒng)實(shí)時(shí)交換數(shù)據(jù)，達(dá)到優(yōu)化通信服務(wù)的效果。這兩臺(tái)雙重終端顯示器互為備用，盡可能將故障發(fā)生頻率控制在最低，避免突發(fā)狀況發(fā)生導(dǎo)致服務(wù)器故障，影響切換的準(zhǔn)確性以及安全性。

第二，在客戶端進(jìn)行操作員站優(yōu)化建設(shè)，進(jìn)行多點(diǎn)信息傳輸，從而全面提高服務(wù)器對(duì)于客戶端信息搜集全面性以及系統(tǒng)性。這種數(shù)據(jù)采集以及備份方式，可以盡可能在現(xiàn)有軟件架構(gòu)內(nèi)，對(duì)客戶端信息進(jìn)行完善，并且對(duì)傳輸路徑進(jìn)行升級(jí)，提高服務(wù)器信息捕捉的自動(dòng)化能力，服務(wù)器的負(fù)荷可降低到原本負(fù)荷的65%。

3.1.2 功能模塊重組

機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，要與整個(gè)綜合控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起，通過全面動(dòng)態(tài)的運(yùn)行效果分析，進(jìn)行數(shù)字化協(xié)調(diào)控制。從這個(gè)角度來看，要建立起協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，拆分好各個(gè)模塊的運(yùn)行功能，才能夠不斷完善功能流程。

一方面，將整個(gè)控制模塊分為主控、渦輪主控、水輪機(jī)主控以及各項(xiàng)子系統(tǒng)，可以提高協(xié)調(diào)能力以及整個(gè)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性[3]。

另一方面，水汽輪機(jī)主控作為最關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)，可以顯著降低組網(wǎng)負(fù)荷，并提高對(duì)負(fù)荷變化的敏感程度，盡可能做到量化平衡，避免電壓不穩(wěn)定造成安全問題。

同時(shí)，在不同的組網(wǎng)層面對(duì)模塊進(jìn)行多元配合設(shè)計(jì)，可以顯著提升組網(wǎng)運(yùn)行的效率，降低能耗，避免由于多元系統(tǒng)運(yùn)行線路交叉，造成危險(xiǎn)因素上升。這種組網(wǎng)協(xié)調(diào)方式還可以顯著降低設(shè)備維修的頻率，使之全時(shí)段運(yùn)行。

3.2 硬件設(shè)計(jì)升級(jí)

3.2.1 硬件網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

電廠將硬件網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為現(xiàn)場控制、系統(tǒng)服務(wù)層兩個(gè)層面，對(duì)主控室相鄰的電子設(shè)備室內(nèi)建設(shè)，進(jìn)行硬件升級(jí)，通過采集CPU、現(xiàn)場控制站CPU 集中安裝方式，對(duì)信號(hào)的傳輸路徑、處理路徑、運(yùn)算邏輯、儲(chǔ)存模塊進(jìn)行全面管理，使得優(yōu)化后的信息結(jié)果，可以按照暢通路徑傳輸?shù)浆F(xiàn)場執(zhí)行器當(dāng)中，提高機(jī)組運(yùn)行的協(xié)調(diào)效能。

同時(shí)，如圖1 所示，這種硬件網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)形式還可以對(duì)冗余網(wǎng)進(jìn)行更加有效地利用，剔除冗余信息，盡可能保障計(jì)算機(jī)高效連接，實(shí)現(xiàn)雙向傳輸目標(biāo)。這兩個(gè)層面的優(yōu)化結(jié)果，可以直接作用于檢測控制層，方便服務(wù)器終端進(jìn)行實(shí)時(shí)通信傳輸，避免由于信道阻塞，造成傳輸不暢。

圖1 監(jiān)控組態(tài)軟件的熱備與冗余

3.2.2 功能模塊升級(jí)

硬件設(shè)計(jì)升級(jí)的功能模塊主要?jiǎng)澐譃橹骺叵到y(tǒng)、汽機(jī)主控系統(tǒng)、水輪機(jī)主控系統(tǒng)，升級(jí)后可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)和手動(dòng)調(diào)節(jié)的配合，將負(fù)荷降低，并在最短的時(shí)間內(nèi)對(duì)于輔機(jī)出現(xiàn)的故障問題進(jìn)行靈活的調(diào)整，使機(jī)組運(yùn)行實(shí)際效果與目標(biāo)結(jié)構(gòu)盡可能吻合，并通過負(fù)荷質(zhì)量檢測，對(duì)主水壓閉環(huán)效果進(jìn)行合理分析。

3.2.3 調(diào)節(jié)器參數(shù)控制與給水設(shè)置

系統(tǒng)優(yōu)化配合可以顯著提高機(jī)組控制的協(xié)調(diào)性，進(jìn)行系統(tǒng)負(fù)荷集中管理，使得目標(biāo)負(fù)荷與整體負(fù)荷盡可能接近，通過參數(shù)系統(tǒng)設(shè)置的方式，對(duì)給水自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)優(yōu)化，盡可能找到溫度數(shù)值的合理點(diǎn)，對(duì)水流量進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)節(jié)，盡可能提高給水流量的穩(wěn)定性。

4 結(jié) 論

現(xiàn)代社會(huì)智能電網(wǎng)建設(shè)背景下，只有進(jìn)行機(jī)組協(xié)調(diào)性的不斷提升調(diào)整，集控運(yùn)行系統(tǒng)才能夠降低負(fù)荷，提高運(yùn)行穩(wěn)定性。從本文分析可知，研究電廠集控運(yùn)行和機(jī)組協(xié)調(diào)控制，有利于從問題的角度，看待目前集控運(yùn)行管理系統(tǒng)的升級(jí)。因此，要加強(qiáng)系統(tǒng)性研究，提高整體建設(shè)能力，將水輪機(jī)進(jìn)行優(yōu)化協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，提高電力事業(yè)發(fā)展的健康程度。