小水电站完全无人值班综合自动化控制系统.doc

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软件名称及版本号

前言

本系统是一种小水电站完全无人值班综合自动化控制系统，采用分层、分布式，数字化、网络化架构，整个系统分现场实控网（也称现地控制单元或现场总线）、现场网络、基于互联网远程网络监控中心，采用自主研发的硬件模块和软件平台，完成水电站测控、同期、交流量采集、励磁、调速、保护、输配电、直流电源系统、水位（水库、前池、尾水的水位）等现场监控操作、远程网络监控操作。

远程监控中心或监控机，通过互联网、现场网络实时采集、监控各水电站的各现场实控网（如发电机实控网、输配电实控网、水位监控实控网、直流电源实控网）中的参数，并进行数据处理和保存，由监控中心进行动态监管，及时掌握各被监控水电站的各发电机组、输配电设备情况，杜绝安全隐患，实施智能化调度运行。

一、技术特点和主要功能

（一）技术特点：

1.开放性的网络：

监控中心将以太网、互联网当通道，可直接访问、操作现场实控网的内存和引脚；

2.系统可互访，实时性强；

3.系统结构有高度分散性，现场环境的强适用性；

4.系统具有极高的性价比；

5.系统通信安全性高；

6.全数字化通信。

（二）主要功能：

1.对发电机组，可实现远程或现场开、停机，按设定的有功、无功运行；可远程或现场调节有功、无功。

2.可远程或现场监控、采集发电机运行参数、输配电设备状态及其电参数和非电参数、直流电源系统参数，具有应急报警功能；后台计算机可根据用户需要将采集参数进行分析和存储，对存储数据可历史查询。

3.可远程或现场设定发电机运行参数及其保护整定值，可设定主变、线路保护整定值；

4.可远程或现场监控、采集水库（或前池）水位、尾水水位，根据水位智能调节发电机负荷，最大程度的有效利用水力资源，提高发电效益，并分析各小电站的各机组发电效率。

5.有远程拍照、录音功能，具有图像、音频存储、回放等功能。

二、整个系统功能说明

本系统采用分层、分布式，数字化、网络化架构，整个系统分现场实控网、现场网络、基于互联网远程网络监控中心，可完成水电站测控、同期、交流量采集、励磁、调速、保护、输配电、直流电源系统、水位（水库、前池、尾水的水位）等现场监控操作、远程网络监控操作。

其系统框图如下：

技术路线图如下：

单座电站无人值班电站技术路线示意图

多座电站无人值班技术路线示意图

系统流程（以开停机指令来说明系统流程）：

远程开停机是指通过远程监控机（中心）对发电机组进行开机和停机指令的操作。

当需要进行远程开机时，远程监控机发送开机指令通过互联网，先到达服务器，然后由服务器转发到指定的现场网络。

现场网络接收到开机指令后，将指令发送到发电机实控网。

由于指令中指定了哪个发电机开机，所以只有指令中指定的发电机实控网才会执行该任务。

发电机实控网接收到开机指令后，将依指令执行开机任务，并启动回信给现场网络告知指令已执行。

现场网络接到发电机实控网的回信则继续将回信上传至远程监控机。

最终远程监控机通过分析回信信息、监控发电机参数得知指令执行情况。

远程停机流程与开机流程一致。

A、远程监控中心功能说明

本系统提供专业水电站的技术服务，由通信服务器和若干监控中心组成，主要包括：

1）基于互联网，提供远程监测、控制技术服务，只需通过电脑上网即实现远距离监控、操作发电机设备等电站设备；

2）提供电站调节优化运行、故障诊断和数据统计分析（如推力轴承温度统计分析）等各种业务服务。

3）提供发电机组效率分析，总结发电机发电效率曲线。

4）每个监控中心管理多个电站，提高管理效益。

（一）系统安装

a）系统安装配置要求

i.操作系统:

windows2000/2003/XP或以上

ii.CPU：

intel奔腾2代200MHZ或以上

iii.硬盘空间：

大于10G

iv.内存：

大于256M

b）将“小水电站完全无人值班综合自动化控制系统”安装文件夹拷贝到电脑中，并打开该文件夹。

c）单击setup.exe开始安装系统，如图一

图一

d）依照系统提示进行安装，如图二

图二

e）选择路径，单击左方图标确认安装

图三

f）填写开始菜单中快捷方式名称，如图四

图四

g）完成安装，如图五

图五

（二）．系统首页

系统首页如图六所示。

（以下截图都是以某一小水电站三个梯级电站完全无人值班综合控制系统为例的界面）

图六

（三）．系统登录

a）单击开始菜单，选择程序——小水电站完全无人值班综合自动化控制系统，单击系统快捷方式，启动系统，如图七

图七

b）系统启动后进入如下界面，单击上方菜单中的“通信方式选择”菜单项，进入通信方式选择界面。

打开通信方式选择界面后，打开下拉菜单，选择通信方式，此处我们选择以太网方式。

单击确定按钮，进入登录界面（选择数传和modern无需进行登录）如图八

图八

c）进入登录界面后选择客户机号，输入密码，单击登录按钮。

如图九

图九

（四）．系统监控

a）进入三级站监控项目选择界面后，可选择要监控的项目。

此处我们选择301号发电机为例。

单击“301F”按钮，进入301号发电机监控界面。

如图十

图十

b）进入301号发电机监控界面，如图十一

图十一

c）301号发电机监控界面功能详述：

1、扫描参数功能

（1）、单击“开始扫描“按钮，系统发送指令远程扫描发电机各项参数，依次显示于界面中。

（2）、单击“停止“按钮，停止扫描参数。

如图十二

图十二

2、开机、停机功能

（1）、开机：

单机“开机”按钮，系统开始向发电机发送开机指令，系统自动弹出开机状态窗口，实时显示开机状态如图十三

图十三

（2）、停机：

单机“停机”按钮，系统开始向发电机发送停机指令，系统自动弹出停机状态窗口，实时显示停机状态如图十四

图十四

3、有功调节功能

单击“有功调节”按钮，弹出有功调节窗口。

系统会读取原有功功率显示于窗口中，用户在文本框中输入目标有功功率，单击确定按钮，系统将自动修改有功功率。

如图十五

图十五

4、励磁调节功能

单击“励磁调节”按钮，弹出励磁调节窗口

系统首先读取原功率因数，用户可在对话框中输入目标功率因数，单击“确定”按钮，系统将自动修改功率因数。

如图十六

图十六

5、水位调节功能

单击“水位调节”按钮，系统将根据当前水位自动修改有功功率

6、参数设定功能

单击“参数设定”按钮，进行修改各项系统参数。

（四）．后台管理

a）系统启动后，选择“后台管理员”菜单，单击菜单后，系统弹出登录界面，输入正确用户名密码，提示登录成功，进入管理员模式。

如图十七

图十七

b）进入管理员模式后，系统界面上方菜单项会显示2项新菜单（任务表管理、用户管理），用于后台管理。

c）单击“任务表管理”菜单后进入任务表管理界面，能对现有任务数据表行进编辑增加删除等操作。

d）单击“用户管理”菜单后，进入用户管理界面，能对所有用户信息进行编辑增加删除等操作。

（此权限仅限管理员账户能进行操作）

B、现场实控网

采用当前国内先进的宏晶公司STC系列单片机（比传统的51系列速度快5倍以上，具备双串口、A/D转换，PWM、SPI、PCA等功能），利用RS232或RS485技术，自创主研发了实控网这嵌入式小系统现场总线，在这基础上，研发发电机实控网、输配电实控网、直流电源实控网、水位测控实控网、公共设备实控网等现地控制单元。

在现地控制单元中每个控制模块的现场总线部分与控制部分完美结合在同一个CPU中。

1、发电机实控网

发电机实控网采用全数字化水电站架构，现场智能化调控发电机导叶开度、励磁、并网以及实时监控发电机运行的各种运行参数，全方位控制发电机运行的各个环节，能实现完全无人值班的情况下保证发电机正常运行。

发电机实控网系统框图如下：

1）主机（0#机）：

负责整个发电机实控网的通信。

2）并网器（1#从机）：

负责测三相电压、并网，过压、低压保护。

3）励磁控制器（2#从机）、励磁控制盒：

调励磁、测温。

4）导叶控制器（3#从机）：

并网前负责调速，并网后负责调有功。

5）测量保护器（5#从机）：

负责测三相电流、有功、无功，负责速断、限时速断、过流、过负荷保护。

6）后备保护器（4#从机）：

负责进水蝶阀的开、关，同时做为后备保护，当发电机实控网故障时，负责简单监测发电机运行或停机。

7）上网机（7#从机）：

供上互联网用。

8）显控仪（8#从机）：

现地“嵌入式终端显控仪”，负责发电机运行参数的显示和开、停机。

9）水阻：

甩负荷时，消耗水能，以防飞车。

10）电流变换盒：

对电流互感器的二次电流变换成电压，供测量保护器和后备保护测量用。

11）电源：

负责整个发电机实控网直流供电。

2、输配电实控网：

是负责主变线路同期、保护、测量电压、电流、有功、无功的现地控制单元。

3、直流电源实控网：

是负责直流电源的电压电流的测量、保护控制，蓄电池充放电管理及其性能检测。

4、水位测控实控网：

负责水库或前池水位和尾水水位的测控。

5、公共设备实控网：

负责公共设备的测控。

C、现场网络

现场网络是连接现场实控网和远程网络监控机的中间网络，能实现现场实控网与互联网的对接，并能通过以太网（目前采用广州致远公司生产的IPort）、GPRS等多种不同方式保证现场实控网与挂在互联网的远程网络监控中心对接，同时考虑没有在互联网的地方，通过Modern（有线）、无线数传引入到有互联网处，接入互联网，实现现场实控网与远程监控中心的对接，还考虑到在距离电站1000M以下的现场监控。

多信道的接入是为了可靠解决发电机现场完全无人值班，远程开、停机和监控发电机运行状态、以及管理水电站。

现场网络网图如下：

1）现场主机：

负责整个现场网络的通信，对内通过RS485接入各现场实控网，对外通过以太网（IPORT或28J60）、GPRS接入挂在互联网的网络监控中心，或通过MODEM、无线数传接入互联网。

2）以太网现场从机：

负责接入互联网。

3）GPRS现场从机：

负责接入互联网。

4）MODEN现场从机：

在没有互联网和GPRS信号的情况下，负责引入到有互联网处，接入互联网。

5）无线数模现场从机：

在没有互联网和GPRS信号的情况下，负责引入到有互联网处，接入互联网。

6）监控从机：

负责接入处在距离电站1000M以下地方的现场监控机，由现场监控机实现开、停机和监控发电机运行参数，提供电站调节优化运行、故障诊断和数据统计分析（如推力轴承温度统计分析、提供发电机组效率分析）。

（现场监控机根据实际情可以选择电脑，或嵌入式终端显控仪）

7）音频、图像现场从机：

负责音频、图像的上传到远程监控中心或现场监控机。

（现场监控机根据实际情可以选择电脑，或嵌入式终端显控仪）

8）音频、图像现场从机：

负责音频、图像的上传到远程监控中心或现场监控机。

D、系统通信安全技术

1.服务器的防火墙主要是从如下几方面考虑：

1）服务器认可的登录机号、密码；

2）服务器认可的数据格式；

3）服务器认可的IP范围；

4）登录机号的唯一性；

5）管理人员的授权。

2.监控中心的防火墙主要是从如下几方面考虑：

1）管理人员的授权

2）用户密码；

3）服务器认可的机号、密码；

4）认可的数据格式。

3.现场网络的防火墙主要是从如下几方面考虑：

1）服务器认可的机号、密码；

2）认可的数据格式；

3）程序由本公司用汇编或C语言自主编写

4.现场实控网的防火墙主要是从如下几方面考虑：

1）认可的机号；

2）认可的数据格式；

3）认可的命令码。

4）程序由本公司用汇编或C语言自主编写

三、本系统有四个重要的创新：

1、提出“SKW实控网现场总线”（专利号：

）这一嵌入式小系统现场总线的技术理论，解决小水电站自动化控制系统性价比低的问题，该现场总线实现了多个CPU的内存、引脚共享，互访实时强，互访一次最小时间≤5ms　,最大时间≤60ms。

2、项目创新性采用多信道接入的现场网络技术，有效解决发电机现场完全无人值班，远程开、停机和监控发电机运行状态、以及管理水电站的技术难题。

3、项目自主设计开发了一种“水电站自动水阻控制系统”（专利号：

2011201396915），实现了水轮发电机甩负荷时，根据甩负荷前，其发出的有功P与电压V，自动调节水阻R，使之符合R=U2/P。

4、项目创造性地采用嵌入式终端显控仪（专利号：

）作为人机交流的监控机，嵌入式终端显控仪仿传统屏柜界面，解决了农村小水电站因运行人员因文化素质低，不懂电脑操作，怕电脑，又要实现电站完全无人值班的问题。