P0903ZP

P0903ZP

本系统可实现现场实时数据采集（基于嵌入式微处理器实现）与远程监控显示。

整个系统主要分为ZigBee网络和GPRS通信两个独立而又相互联系的部分：

ZigBee网络：

主要采用ZigBee传感器模块，可采集的各类参数的状态以电压﹑开关信号等方式或通过232或485总线传送至无线数采模块，可采集温湿度传感器﹑压力传感器﹑液位传感器及电流传感器等信号。然后经由ZigBee无线网络传给ZigBee-GPRS网关模块。

ZigBee-GPRS网关模块

ZigBee-GPRS网关模块连接ZigBee和GPRS网络，把接收到的ZigBee信号再通过GPRS网络传至远程数据监控中心。通过GPRS与远程监控中心连接，不受距离限制。此网关模块采用ARM控制器，性能稳定，可采用蓄电池或太阳能电池供电。

应用领域

电力设备运行监控、电力大用户的远程抄表、家庭用户的远程抄表、无人值守（如物流仓库、大中型粮仓、农业环境、油田生产监控等）监控、水文监测等。

系统优势：

1、采用Zigbee网络，组网简单

2、采用Zigbee网络，功耗低，可电池供电，大批量使用

3、采用双网段数据传输，节省成本变电站电力监控系统能提供必要的实时运行信息，尤其是开关和保护行为的信息（事故报警信息），使值班人员和系统调度人员把握控制、事故处理的主动性，同时可以提高电网的运行管理水平，减少变电、配电损失，提高供电质量。

一． 系统的具体监控对象：

变电站微机监控系统的主要监控对象有以下几个方面：模拟量采集有高压室和主控室内的温度、湿度和门禁。变压器0.4kV侧电流，0.4kV母线电压、分段电流，有功功率和无功功率，0.4kV各支路出线电流，变压器温度。备用柴油机发电机组电压、电流、有功功率、无功功率、油压、油温、水温，蓄电池电压等.开关量有灯光开关、断路器开关、高压进出线开关、主变分接头开关、主变低压总开关、分段开关、0.4kV各支路出线开关，柴油发电机回路开关等。

二． 阿尔泰解决方案：

2.1 硬件实现

2.1.1  前端工控机  

本方案选用工控机，前端工控机可以处理各个模块上传的数据，运行自动控制和方便维护数据库中I/O点的数据，实现各种（遥测、遥信、遥控）数据的上传下达。    

前端工控机除具有数据采集、数据集中和多种通讯规约等功能外，还有的配网自动化功能软件。完全满足配网自动化所需的馈线故障定位、故障隔离等要求。

前端工控机采用工控标准设计，可靠性高，抗干扰性强，性能远远超过由工作站或其他台式计算机、工作站构成的系统，保证了整个系统的正常、稳定、长期可靠运行。支持多通讯口，每个通讯口都可以支持多种不同的规约。

2.1.2  变电站各室内的温度，湿度和门禁    

变电站撤人后，万一变电站发生火警，往往因为不能及时发现而延误了事故的处理，造成事故进一步扩大。此外，当变电站有盗贼闯入时，也会缺乏有效的防御手段。为此，可在高压室和主控室等地点装设一批温，湿度传感器，并在高压室和主控室门口安装主动红外入侵探测器。当探头感测到高温或有人闯入时，就会向后台发出告警信息，同时连动切换摄像机画面，并记录下当时现场的情况。

用DAM3058F采集温湿度传感器信号。可采集8路传感器信号。

用DAM3011采集主动红外入侵探测器传来的电压信号，可采集8路报警器信号。

2.1.3  变压器

变压器0.4kV侧电流，0.4kV母线电压、分段电流，有功功率和无功功率，0.4kV各支路出线电流，监控变压器的运行情况，当出现异常情况时能做出及时反应。选用的变压器自身应带控制保护装置，具有完善的温度检测和风机控制功能，利用变压器本身提供的铂电阻，获得变压器线圈温度，若检测的温度超过设定门限时，风机仍未启动，则强制启动风机。其控制器中数据通过RS485接口，也可传送至监控中心，执行对变压器状态的监控。

用DAM3501采集变压器侧电流，母线电压，分段电流，有功功率和无功功率。

用DAM3043采集线圈温度，用DAM3018D启动和关闭风机。

2.1.4  电动机和备用柴油机发电机组保护：

    以电动机的电流、电压、温度测量为基础，为电动机提供的保护。具有短路、启动超时、转子堵转、不平衡、接地故障、负荷丢失、欠压过压、温度保护等。通过检测启动前的母线电压、检测跳闸回路是否正常、使系统的可靠性得到进一步加强。

     备用柴油机发电机组电压，电流，有功功率，无功功率，油压，油温，水温，蓄电池电压等.    监控变压器的运行情况，当出现异常情况时能做出及时反应。

用DAM3501采集电动机的电流、电压和柴油机发电机组电压，电流，有功功率，无功功率。

用DAM3043采集电动机温度信号。

用DAM3058采集柴油机发电机油压，油温，水温。 2.1.5  开关量监控

    （1）为使工业电视监控系统在晚上仍能发挥作用，变电站的灯光应具有定时开关或远方控制的功能。 （2）断路器：接通或断开运行中的或发生故障的电路 。(3) 主变分接头开关，主变低压侧总开关，分段开关，0.4kV各支路出线开关，柴油发电机回路开关，RS-485串行通讯方式。可通过通讯实现远程控制分／合闸，远程读取测量值，远程读取开关量状态。

     用DAM3027D来监测和控制开关量。

系统示意图

数据通信功能

　　变电站内部的线路监控仪与主机之间的通信采用 RS 485 通信总线，通信距离可达 1 200 m，波特率可以设定为 1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200。

2.1 软件实现

配网自动化功能软件选用组态软件

　  1)运行监视.要求有变电站电气主接线图与相关的模拟量、开关量信息的动态显示.

　　2)事故记录与报警.工程实例要求当变压器 0.4kV侧的电压、电流出现欠电压与过电流且超过时计算机报警，并将故障数据记录下来.　　　　　　　

　　3)报表打印.

　　4)备用柴油发电机组定期启动的提示与记录.

　　5)预留远程监控接口，要求系统便于扩展升级 摘要：针对大型机组进入小网控制出现的频率波动等特点，本文基于NT6000DCS控制系统上提出一种机炉优化控制策略，通过理论分析和在舟山电厂实验，协调机炉负荷和频率控制以及提高调速控制回路速度，优化DEH硬件，能够满足机炉对小网控制的要求。

关键词：小网控制；NT6000DCS控制系统；优化控制策略；DEH

ABSTRACT: To the characteristic of the frequency fluctuations appeared the large Units into the isolated power network, Base on the NT6000 Distributed Control System, the paper propose a new boiler-turbine optimal control strategy. After theoretical analysis and experimentation in ZhouShan plant, By coordination of boiler load and turbine frequency control, and improve the speed control loop speed, optimize the DEH hardware, we can meet the requirement for the isolated power network control.

KEY WORDS: the isolated power network control; NT6000 Distributed Control System; optimal control strategy; DEH

0 引言

   随着中国经济的长期高速发展，中国电力工业也向着现代化和大型化发展，在小型电网中备受关注的孤网和小网控制问题已经较少被人提及。2008年南方雪灾中的电网故障引发大面积停电，造成重大损失的严重后果，向我们敲醒了警钟，在大型电网中，孤网和小网控制问题仍然是保障电力工业的重要技术支撑。

   舟山是我国的第四大岛，是一个由群岛组成的城市。岛上的用电主要由舟山发电厂提供，同时有跨海电缆与大陆电网相连。这样特殊的电网结构决定了舟山发电厂的技术装备要求方面，对孤网和小网控制有着更加现实的需求。

   所谓小网，一般泛指对脱离大电网的小容量的电网。在电力建设规程中规定，电网中单机容量应小于电网总容量的8%，以保证当单机甩负荷时不影响电网的正常运行。关于电网的频率偏差，国家标准中规定，装机容量在3000MW及以上电力系统，频率允许偏差为Hz；装机容量在3000MW以下电力系统，频率允许偏差为Hz。

   小网控制，突出的特点，是由负荷控制转变为频率控制，要求调速系统具有符合要求的静态特性、良好的稳定性和动态响应特性，以保证用户负荷变化的情况下自动保持电网频率的稳定[2]。因此，小网控制应具有一次调频能力。同时，一次调频是有差调节，为了维持小网频率在额定频率附近，还应要求机组调速系统具有二次调频能力。对单台机组在从满负荷状态下，甩负荷到厂用电，还应保证其高转速小于ETS（Emergrncy Trip System，汽轮机紧急跳闸系统）保护动作值。

   本文基于NT6000DCS（Distributed Control System，分散控制系统）控制系统，设计了一种机炉协调优化控制策略，提高调速控制回路速度，优化设计DEH硬件，通过理论分析和在舟山电厂中的实践，表明该控制方案能提高小网频率的稳定性和动态响应特性，满足小网控制的要求。1 小网控制调频原理

   小网的频率直接反映了小网有功功率供求关系是否平衡，当供大于求时，小网的频率会升高，反之会降低。发电机组可以通过分析小网的特征，优化机组的静态和动态特性，来维持小网频率的稳定和准确。小网的调频特性，包括静态调频和动态调频，是小网负荷变化所引起的电网频率变化的传递关系。

1.1一次调频原理

    一次调频，是机组在保证的前提下，适当利用机组的蓄热快速改变调门开度，调节机组的负荷，使小网频率稳定在静态特性规定的偏差范围内。

   现代广义的电网一次调频功能，需要考虑汽轮机、锅炉、发电机以及电网间的相互协调问题，应当以整台机组作为控制对象。从功能上讲，汽轮机要快速响应外界负荷、频率的变化，锅炉侧要维护主汽压力在调频过程中稳定。电力系统要求电源功率与负荷动态平衡，当电源功率或负荷发生波动时，机组的频率也会发生相应的变化。

本系统可实现现场实时数据采集（基于嵌入式微处理器实现）与远程监控显示。

整个系统主要分为ZigBee网络和GPRS通信两个独立而又相互联系的部分：

ZigBee网络：

主要采用ZigBee传感器模块，可采集的各类参数的状态以电压﹑开关信号等方式或通过232或485总线传送至无线数采模块，可采集温湿度传感器﹑压力传感器﹑液位传感器及电流传感器等信号。然后经由ZigBee无线网络传给ZigBee-GPRS网关模块。

ZigBee-GPRS网关模块

ZigBee-GPRS网关模块连接ZigBee和GPRS网络，把接收到的ZigBee信号再通过GPRS网络传至远程数据监控中心。通过GPRS与远程监控中心连接，不受距离限制。此网关模块采用ARM控制器，性能稳定，可采用蓄电池或太阳能电池供电。

应用领域

电力设备运行监控、电力大用户的远程抄表、家庭用户的远程抄表、无人值守（如物流仓库、大中型粮仓、农业环境、油田生产监控等）监控、水文监测等。

系统优势：

1、采用Zigbee网络，组网简单

2、采用Zigbee网络，功耗低，可电池供电，大批量使用

3、采用双网段数据传输，节省成本变电站电力监控系统能提供必要的实时运行信息，尤其是开关和保护行为的信息（事故报警信息），使值班人员和系统调度人员把握控制、事故处理的主动性，同时可以提高电网的运行管理水平，减少变电、配电损失，提高供电质量。

一． 系统的具体监控对象：

变电站微机监控系统的主要监控对象有以下几个方面：模拟量采集有高压室和主控室内的温度、湿度和门禁。变压器0.4kV侧电流，0.4kV母线电压、分段电流，有功功率和无功功率，0.4kV各支路出线电流，变压器温度。备用柴油机发电机组电压、电流、有功功率、无功功率、油压、油温、水温，蓄电池电压等.开关量有灯光开关、断路器开关、高压进出线开关、主变分接头开关、主变低压总开关、分段开关、0.4kV各支路出线开关，柴油发电机回路开关等。

二． 阿尔泰解决方案：

2.1 硬件实现

2.1.1  前端工控机  

本方案选用工控机，前端工控机可以处理各个模块上传的数据，运行自动控制和方便维护数据库中I/O点的数据，实现各种（遥测、遥信、遥控）数据的上传下达。    

前端工控机除具有数据采集、数据集中和多种通讯规约等功能外，还有的配网自动化功能软件。完全满足配网自动化所需的馈线故障定位、故障隔离等要求。

前端工控机采用工控标准设计，可靠性高，抗干扰性强，性能远远超过由工作站或其他台式计算机、工作站构成的系统，保证了整个系统的正常、稳定、长期可靠运行。支持多通讯口，每个通讯口都可以支持多种不同的规约。

2.1.2  变电站各室内的温度，湿度和门禁    

变电站撤人后，万一变电站发生火警，往往因为不能及时发现而延误了事故的处理，造成事故进一步扩大。此外，当变电站有盗贼闯入时，也会缺乏有效的防御手段。为此，可在高压室和主控室等地点装设一批温，湿度传感器，并在高压室和主控室门口安装主动红外入侵探测器。当探头感测到高温或有人闯入时，就会向后台发出告警信息，同时连动切换摄像机画面，并记录下当时现场的情况。

用DAM3058F采集温湿度传感器信号。可采集8路传感器信号。

用DAM3011采集主动红外入侵探测器传来的电压信号，可采集8路报警器信号。

2.1.3  变压器

变压器0.4kV侧电流，0.4kV母线电压、分段电流，有功功率和无功功率，0.4kV各支路出线电流，监控变压器的运行情况，当出现异常情况时能做出及时反应。选用的变压器自身应带控制保护装置，具有完善的温度检测和风机控制功能，利用变压器本身提供的铂电阻，获得变压器线圈温度，若检测的温度超过设定门限时，风机仍未启动，则强制启动风机。其控制器中数据通过RS485接口，也可传送至监控中心，执行对变压器状态的监控。

用DAM3501采集变压器侧电流，母线电压，分段电流，有功功率和无功功率。

用DAM3043采集线圈温度，用DAM3018D启动和关闭风机。

2.1.4  电动机和备用柴油机发电机组保护：

    以电动机的电流、电压、温度测量为基础，为电动机提供的保护。具有短路、启动超时、转子堵转、不平衡、接地故障、负荷丢失、欠压过压、温度保护等。通过检测启动前的母线电压、检测跳闸回路是否正常、使系统的可靠性得到进一步加强。

     备用柴油机发电机组电压，电流，有功功率，无功功率，油压，油温，水温，蓄电池电压等.    监控变压器的运行情况，当出现异常情况时能做出及时反应。

用DAM3501采集电动机的电流、电压和柴油机发电机组电压，电流，有功功率，无功功率。

用DAM3043采集电动机温度信号。

用DAM3058采集柴油机发电机油压，油温，水温。 2.1.5  开关量监控

    （1）为使工业电视监控系统在晚上仍能发挥作用，变电站的灯光应具有定时开关或远方控制的功能。 （2）断路器：接通或断开运行中的或发生故障的电路 。(3) 主变分接头开关，主变低压侧总开关，分段开关，0.4kV各支路出线开关，柴油发电机回路开关，RS-485串行通讯方式。可通过通讯实现远程控制分／合闸，远程读取测量值，远程读取开关量状态。

     用DAM3027D来监测和控制开关量。

系统示意图

数据通信功能

　　变电站内部的线路监控仪与主机之间的通信采用 RS 485 通信总线，通信距离可达 1 200 m，波特率可以设定为 1200、2400、4800、9600、19200、38400、57600、115200。

2.1 软件实现

配网自动化功能软件选用组态软件

　  1)运行监视.要求有变电站电气主接线图与相关的模拟量、开关量信息的动态显示.

　　2)事故记录与报警.工程实例要求当变压器 0.4kV侧的电压、电流出现欠电压与过电流且超过时计算机报警，并将故障数据记录下来.　　　　　　　

　　3)报表打印.

　　4)备用柴油发电机组定期启动的提示与记录.

　　5)预留远程监控接口，要求系统便于扩展升级 摘要：针对大型机组进入小网控制出现的频率波动等特点，本文基于NT6000DCS控制系统上提出一种机炉优化控制策略，通过理论分析和在舟山电厂实验，协调机炉负荷和频率控制以及提高调速控制回路速度，优化DEH硬件，能够满足机炉对小网控制的要求。

关键词：小网控制；NT6000DCS控制系统；优化控制策略；DEH

ABSTRACT: To the characteristic of the frequency fluctuations appeared the large Units into the isolated power network, Base on the NT6000 Distributed Control System, the paper propose a new boiler-turbine optimal control strategy. After theoretical analysis and experimentation in ZhouShan plant, By coordination of boiler load and turbine frequency control, and improve the speed control loop speed, optimize the DEH hardware, we can meet the requirement for the isolated power network control.

KEY WORDS: the isolated power network control; NT6000 Distributed Control System; optimal control strategy; DEH

0 引言

   随着中国经济的长期高速发展，中国电力工业也向着现代化和大型化发展，在小型电网中备受关注的孤网和小网控制问题已经较少被人提及。2008年南方雪灾中的电网故障引发大面积停电，造成重大损失的严重后果，向我们敲醒了警钟，在大型电网中，孤网和小网控制问题仍然是保障电力工业的重要技术支撑。

   舟山是我国的第四大岛，是一个由群岛组成的城市。岛上的用电主要由舟山发电厂提供，同时有跨海电缆与大陆电网相连。这样特殊的电网结构决定了舟山发电厂的技术装备要求方面，对孤网和小网控制有着更加现实的需求。

   所谓小网，一般泛指对脱离大电网的小容量的电网。在电力建设规程中规定，电网中单机容量应小于电网总容量的8%，以保证当单机甩负荷时不影响电网的正常运行。关于电网的频率偏差，国家标准中规定，装机容量在3000MW及以上电力系统，频率允许偏差为Hz；装机容量在3000MW以下电力系统，频率允许偏差为Hz。

   小网控制，突出的特点，是由负荷控制转变为频率控制，要求调速系统具有符合要求的静态特性、良好的稳定性和动态响应特性，以保证用户负荷变化的情况下自动保持电网频率的稳定[2]。因此，小网控制应具有一次调频能力。同时，一次调频是有差调节，为了维持小网频率在额定频率附近，还应要求机组调速系统具有二次调频能力。对单台机组在从满负荷状态下，甩负荷到厂用电，还应保证其高转速小于ETS（Emergrncy Trip System，汽轮机紧急跳闸系统）保护动作值。

   本文基于NT6000DCS（Distributed Control System，分散控制系统）控制系统，设计了一种机炉协调优化控制策略，提高调速控制回路速度，优化设计DEH硬件，通过理论分析和在舟山电厂中的实践，表明该控制方案能提高小网频率的稳定性和动态响应特性，满足小网控制的要求。1 小网控制调频原理

   小网的频率直接反映了小网有功功率供求关系是否平衡，当供大于求时，小网的频率会升高，反之会降低。发电机组可以通过分析小网的特征，优化机组的静态和动态特性，来维持小网频率的稳定和准确。小网的调频特性，包括静态调频和动态调频，是小网负荷变化所引起的电网频率变化的传递关系。

1.1一次调频原理

    一次调频，是机组在保证的前提下，适当利用机组的蓄热快速改变调门开度，调节机组的负荷，使小网频率稳定在静态特性规定的偏差范围内。

   现代广义的电网一次调频功能，需要考虑汽轮机、锅炉、发电机以及电网间的相互协调问题，应当以整台机组作为控制对象。从功能上讲，汽轮机要快速响应外界负荷、频率的变化，锅炉侧要维护主汽压力在调频过程中稳定。电力系统要求电源功率与负荷动态平衡，当电源功率或负荷发生波动时，机组的频率也会发生相应的变化。