一种小水电机组节能综合化控制装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种小水电机组节能综合化控制装置及控制方法，包括主控站、通讯单元和现场单元，所述的现场单元输出信号通过线缆与通讯单元输入信号接口连接；通讯单元通过网络接口与主控站互联，同时公开了小水电机组节能综合化控制装置的控制方法，解决目前大部分的小水电机组都是建设于上个世纪，其容量较小，受到当时的技术水平制约，其机组控制系统远远落后于目前的水电计算机监控系统的技术发展现状问题。

【技术实现步骤摘要】
一种小水电机组节能综合化控制装置及控制方法
本专利技术属于水利水电工程设备及流体机械
，具体涉及一种小水电机组节能综合控制装置的实现方案。
技术介绍
我国水电理论年发电量6万亿千瓦时，技术可开发容量和经济可开发容量分别为5.42亿千瓦和4.02亿千瓦，资源蕴含世界第一。但目前，我国水电能源利用率还偏低，总体开发利用率尚不足40％，开发及利用前景仍然十分广阔。而目前大部分的小水电机组都是建设于上个世纪，其容量较小，受到当时的技术水平制约，其机组控制系统远远落后于目前的水电计算机监控系统的技术发展现状。随着对小水电规范化管理工作的重视，以及信息化、自动化建设水平的提高，小水电机组也逐步得到人们重视，但对小水电运行信息、水能利用率等效率运行数据掌控几乎为空白。目前对小水电控制系统主要通过人为经验进行控制，对水电机组进行效率优化控制国内研究机构及厂家也提出了一些解决方案，但都处于研究阶段，对机组效率测量控制市场上也有部分产品，但是由于其功能单一，平台通用性差，通信接口及协议不统一，仅仅实现机组效率测试功能，并未真正意义上的指导机组的整个控制过程，而目前现场机组控制设备仅具有自身的控制功能，并没有考虑到远程控制，协调控制，远程维护和远程诊断等功能，同时现有厂家最求经济效益，对目前的调节功能仅仅满足自身单一的水电机组控制的行业标准，其可靠性和准确性相对来说都比较低。
技术实现思路
为了解决目前现有技术存在的问题，本专利专利技术了一套小水电机组节能综合化控制装置的实现方法。本装置包括现场数据采集模块、现场数据处理模块、现场通讯数据采集模块、数据通讯上传模块、主控站数据管理模块、主控制数据存储模块、主控站数据分析模块。本专利技术的技术方案为：一种小水电机组节能综合化控制装置，包括主控站、通讯单元和现场单元，其特征在于：所述的现场单元输出信号通过线缆与通讯单元输入信号接口连接；通讯单元通过网络接口与主控站互联。所述的现场单元包括机组流量、有功功率、上游水位、下游水位、机组转速、导叶开度、振摆系统、水情系统以及监控系统，所述的机组流量、有功功率、上游水位、下游水位、机组转速和导叶开度与数据采集模块连接；振摆系统、水情系统以及监控系统与通讯采集模块连接。所述的通讯单元包括数据采集模块、通讯采集模块、数据处理模块和数据上传模块，所述的数据采集模块、通讯采集模块、数据处理模块和数据上传模块通过网络互连。所述的主控站包括管理模块、存储模块和分析模块，管理模块、存储模块和分析模块通过网络互连。所述的管理模块包括数据显示、曲线显示、用户操作、用户调试和装置管理。所述的分析模块包括曲线拟合、模型构建、限制判断、最优计算和功率分配，所述的分析模块输出信号与监控系统连接。其小水电机组节能综合化控制方法包括以下步骤：第一步、现场单元将采集到的机组参数通过通讯单元传送至主控站；第二步、主控站数据分析模块根据采集到的机组参数进行机组效率、效率曲线拟合、最优效率及负荷分配计算；第三步、根据步骤(二)的计算拟合出机组的综合效率特性曲线；第四步、采用智能拟合方法找到机组等效率曲线、等水头曲线、等开度曲线；第五步、通过最优控制计算得出各个机组的运行功率，再发送给现场监控系统进行最优负荷的运行，从而实现全厂机组最优负荷分配。所述的水轮机效率的计算，其数学表达式为：式中：ηt为水轮机效率，Ng为发电机功率，ηg为发电机效率，Q为机组流量，H为工作水头，g为当地重力加速度。所述的最优控制计算，其数学表达式为：式中qst为全厂总耗水率，qi为第i台机组的耗水率，而Pi为第i台机组的有功功率，Qi为第i台机组的过机流量，n为电站总可用机组数。现场数据采集模块主要功能是通过前端传感器，对小水电机组的有功功率、无功功率、蜗壳进口压力、蜗壳尾水压力、导叶开度、机组频率、流量、上游水位及下游水位等机组实际运行的物理量数据进行采集。采集单元采用基于PC104嵌入式AT96总线系统进行研发设计，实现对现场传感器物理量的采集。现场数据处理模块主要功能是完成对采集数据的滤波、进行数模转换、参数率定。滤波通过模拟电路进行实现，对信号外的噪声信号进行去除；模数转换通过芯片AD7656进行完成；得到相应通道数字信号后，通过内部软件设置不同的零刻度点和满刻度点来进行标定。现场通讯数据采集模块主要功能是通过通讯方式对机组部分运行数据进行采集，装置能够方便地与电厂监控系统、电厂MIS系统、生产信息管理系统、效率测试分析中心或者其它测量装置进行双向数据通讯，以实现数据共享。数据通讯上传模块主要功能是把现地采集模块和通讯模块采集的机组现场运行数据发送到主控站用于分析、计算、存储等处理。主控站数据管理模块主要功能完成实时数据的融合、管理与发布，对机组当前的运行状态进行同步监视和显示的功能，它以数值、曲线、图表等各种形式，将机组的各种状态分析数据，通过多个不同的页面展现给用户。主控制数据存储模块为大量高密度数据采集提供的能支持快速、并行访问的数据库系统，特点是访问速度快，大量实时数据被存储到实时性数据库中。主控站数据分析模块首先是通过采集数据对小水电机组的测量结果进行拟合，根据效率测试平台采集实时测量的机组效率以及离线采集的效率数据、机组负荷、水头、导叶开度等数据即可拟合出机组的综合效率特性曲线。其实是进行最优功率的分配，最优有功分配控制是以效率拟合分析系统为基础构建来的，通过效率最优从而达到小水电机组的节能增效的目的。附图说明图1是本专利技术的小水电机组节能综合化控制装置结构框图。具体实施方式下面结合附图详细说明本专利技术的优选实施例。如图1所示为水电一体化控制装置结构框图，小水电机组节能综合化控制装置包括现场数据采集模块、现场数据处理模块、现场通讯数据采集模块、数据通讯上传模块、主控站数据管理模块、主控制数据存储模块、主控站数据分析模块。现场数据采集模块主要功能是通过前端传感器，对小水电机组实际运行的物理量进行采集。采集单元采用基于PC104嵌入式AT96总线系统进行研发设计，其中采集部分主板使用的为低功耗PC104，采用6U工业插箱结构，分为前后两层，前面为信号采集及处理板卡，包括：系统电源板卡、PC104总线载板板卡、信号采集板卡等构成；后面板为各种计算机接口及传感器信号接口，实现对现场传感器物理量的采集。现场数据处理模块主要功能是完成对采集数据的滤波、进行数模转换、参数率定。数据的滤波采用纯模拟电路的模拟滤波器，其特点在于不需要晶振模块，同时功耗较低，电源耗电400μA，采用SOIC封装贴片芯片，具有8阶的滤波阶数。滤波后通过数据处理模块中的数模转换进行采集信号的数字化转换，模数转换采用了AD7656芯片，此芯片具有6通道，是16bit逐次逼近(SAR)型ADC,它具有最大4LSBSINL和每通道达250kSPS的采样率,并且在片内包含一个2.5V内部基准电压源和基准缓冲器。参数率定通过软件率定，通过设置不同的零刻度点和满刻度点进行标定。现场通讯数据采集模块主要通过通讯功能获取机组的已有的各项运行数据。通过与监控系统通信获取机组上导、下导、水导的各个瓦温，机组油温、机组定子温度等；通过与状态监测系统通信获得机组摆度、振动、压力脉动、气隙、局放量等参数；通过与水情系统通信获取水库上游水位、尾水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种小水电机组节能综合化控制装置，包括主控站、通讯单元和现场单元，其特征在于：所述的现场单元输出信号通过线缆与通讯单元输入信号接口连接；通讯单元通过网络接口与主控站互联。

【技术特征摘要】
1.一种小水电机组节能综合化控制装置，包括主控站、通讯单元和现场单元，其特征在于：所述的现场单元输出信号通过线缆与通讯单元输入信号接口连接；通讯单元通过网络接口与主控站互联。2.根据权利要求1所述的一种小水电机组节能综合化控制装置，其特征在于：所述的现场单元包括机组流量、有功功率、上游水位、下游水位、机组转速、导叶开度、振摆系统、水情系统以及监控系统，所述的机组流量、有功功率、上游水位、下游水位、机组转速和导叶开度与数据采集模块连接；振摆系统、水情系统以及监控系统与通讯采集模块连接。3.根据权利要求1所述的一种小水电机组节能综合化控制装置，其特征在于：所述的通讯单元包括数据采集模块、通讯采集模块、数据处理模块和数据上传模块，所述的数据采集模块、通讯采集模块、数据处理模块和数据上传模块通过网络互连。4.根据权利要求1所述的一种小水电机组节能综合化控制装置，其特征在于：所述的主控站包括管理模块、存储模块和分析模块，管理模块、存储模块和分析模块通过网络互连。5.据权利要求4所述的一种小水电机组节能综合化控制装置，其特征在于：所述的管理模块包括数据显示、曲线显示、用户操作、用户调试和装置管理。6.据权利要求4所述的一种小水电机组节能综合化控制装置，其特征在于：所述的分析模块包括曲线拟合、模型构建、限制判断、最优计算和功率分配，所述的分析模...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏立，唐戢群，毛成，文贤馗，肖永，沈春和，李林峰，
申请(专利权)人：贵州电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：贵州,52