论文部分内容阅读
【摘要】随着科学技术的不断发展,自动化逐渐代替了人工劳动力，它直接影响着人们的工作和生活。本文从电厂自动控制系统的必要性、电厂自动控制系统存在的问题及解决办法及自动控制系统的发展趋势等几个方面进行了分析。
【关键词】电厂；自动控制；问题
中图分类号：TM6文献标识码： A
一、前言
近年来，现代几乎各种技术的发展都涉及到了自动化能技术，可以说自动化已经广泛应用到许多领域。尤其是电厂自动控制系统更是取得了飞速的发展，但在实际的操作过程中依然存在一些问题和不足需要改进，在科学技术突飞猛进的新时期，加强电厂常规自动控制系统存在的问题解决，对我国电厂发展有着重要意义。
二、电厂自动控制系统的必要性
随着我国煤炭价格持续增长，煤电联动响应不足，电价市场化定价机制迟迟不能确定的行业背景下，发电企业对生产现场的控制和把握有了更高要求，生产成本的严格控制要求自动化程度更高，生产岗位减少，生产人员人均控制装机容量增加。生产决策必须及时就要求生产控制系统、厂级信息系统和协同管理系统一体化。随着国家对智能电网的发展的提倡，要求各大发电站的调峰、二次调频能力更强，AGC投切率更高且能适应先进的实时的潮流计算，并且要求大电站的DCS系统有更为稳定的协调控制方案和调节能力以应对负荷扰动。所以必须加强电厂自动化控制技术的提高。
三、自动控制系统故障诊断装置的功能
（1）在线监测自动调节系统调节品质并给出评价，如衰减率、过渡过程时间、超调量、静态偏差、动态偏差等指标。
（2）控制系统闭环辨识。
（3）诊断控制系統是否处于最优整定状态，分析其原因，并给出建议措施。
（4）判断控制系统中一些重要信号是否正常工作，给出报警并分离出故障传感器，提出建议和应采取的措施。
（5）判断控制系统中执行机构是否工作正常，如执行机构出现故障时，给出相应的报警和建议。
（6）实时数据采集实现故障诊断装置与电厂DCS的数据通信。
四、电厂自动控制系统存在的问题及解决办法
1、电厂自动控制系统存在的问题
（1）传感器典型故障类型
传感器断线：传感器处于断开的状态；传感器恒偏差：传感器的输出信号和实测值存在较大偏差；传感器的增益变化：传感器的输出增益衰减或增大；传感器卡死：传感器的输出不随被测量值的变化而变化，保持一个恒定的输出值；传感器脉冲性故障：传感器的输出突然出现很短时间的突变后又恢复正常。
（2）自动控制系统故障诊断装置的硬件设计问题
针对原硬件的使用情况，在原设计系统中充分进行硬件的开发利用，实现新的功能。
（3）控制系统中的软件对故障
诊断存在低效和不合理对原有软件的一些子程序进行完善性编程，增加和加强故障诊断数据存储和通讯功能，便于系统故障诊断的进行。
2、解决上述问题的方法
（1）基于各种实际情况建立模型以
响应系统动态特性众所周知，过热汽温系统是一个多扰动输入系统，通常控制模式为减温水流量为输入，各级减温器后的蒸汽温度为输出，其他为扰动因素但该模式因系统负荷的变化而无法满足日常的控制，故采用建立模糊动态模型，提高系统控制和响应精度，从而获得全控制范围高精度的动态响应，保证系统能够满足生产要求。
（2）典型工况下基于观测器的故障诊断
观测器和滤波器用于故障诊断实质上是用状态重构的方法来实现状态估计，构造和状态相关的残差信息使其中包含故障信息，基于残差分析来进行故障检测和隔离。
（3）利用误差检测技术进行故障检测
故障检测方法最基本和有效的方法是对测量信号偏离期望值的误差程度进行检测，这种检测技术通常通过对测量信号设置上、下限来实施。测量信号的值落在上、下限设定的区间时，认为信号正常；反之，认为信号不正常。
（4）执行器故障诊断
执行器出现粘滞一滑动故障现象时，据该过程中速度变化事件的频率分布的变化进行诊断，正常时的速度变化不。故障是很方便诊断出来。二者之间的关系视分布频率图的形状而定，在理论上，速度均值和均方根间的比率与阀杆运动速度大小的发生频率分布图形状有关。
（5）热工自动控制系统的闭环辨识
系统控制要求辨识必须在闭环状态下进行，闭环辨识可采用2种方法：间接辨识法，首先获得闭环系统模型，在此基础上利用反馈通道上的控制器模型，从中导出前向通道模型；直接辨识法，利用前向通道的输入输出数据，直接建立前向通道的数学模型，反馈通道的控制器模型可以未知
五、实例分析
1、案例概述
广蓄A厂上位机系统从1992年投入运行至2007年，运行时间已达15年。随着时间的推移，曾经领先的系统逐渐落后，系统的缺陷不足逐渐暴露。一是限于当时的计算机发展水平，所设计的软硬件已经不能满足现今电厂运行维护的需要。二是上位机系统作为电厂自动控制的核心部分，其使用的核心程序电厂自动控制程序是基于20世纪70年代的控制理念设计，控制程序已经不能满足21世纪电网机组的运行的要求。三是系统日渐老化，故障率有所上升，且由于部分备品难以采购，造成维护日益困难
2、设计开发广蓄A厂上位机自动控制程序
广蓄A厂对运行于成组控制模式的机组的所有控制功能均由后台运行的过程控制程序完成，此程序由30个功能独立的程序模块组成，每个模块实现不同的控制功能，例如成组开机发电，抽水，有功的分配，500kV频率调节，自动发电控制（AGC），自动电压控制（AVC）等。该程序在上位机系统初始化后自动运行，每个模块根据各自的运行周期运行，主要模块功能如下：
（1）有功控制
有功控制功能负责控制全厂机组的启停及机组功率调节，其计算框图如图1：
其主要计算模块分述如下：
500kV网络结构状态监视模块
此模块首先运行，且运行周期为1s，实时采集A厂两条出线及500kV环网上所有断路器，隔离刀闸和接地刀闸的状态，根据各开关，刀闸的状态进行计算，得出电厂出线的网络结构模型，并针对当前的网络结构模型进行相关的安全性计算，限制或开放机组的相关功能。
机组状态监视模块
此模块运行周期为5s，根据实时采集的各台机组的相关信息，经过一系列缜密的安全性计算和机组的性能曲线分析，得出各台机组当前的运行状态，所能承受的负荷量及最佳的运行方式等数据。
设定值处理模块
此模块运行周期为5s，对全厂容量/负荷的设定值进行处理，由2个子模块组成：负荷曲线模块和操作员设定值模块，由操作员选择其中一个子模块运行。
④自动发电控制模块（AGC）
此模块运行周期为5s，根据容量设定值控制机组的启停，根据全厂负荷设定值对各正在运行的机组进行负荷分配
（2）无功控制自动电压控制模块（AVC）
此模块运行时间为5s，根据调度或电厂操作员设定的500kV电压设定值进行计算，对机组进行无功功率的闭环控制。计算框图如图2：
在程序运行的下个周期，自动控制程序再次测量当前电压测量值后重复上述计算，直到电压偏差在允许范围内，达到电压的自动闭环控制
3、运行概况
经过2年多的运行，各项控制功能运行良好，均达到了设计要求，电厂自动控制水平有了很大提高。多种控制功能的完善令广蓄A厂能更好地适应电网日益严格的调峰调频要求，彻底解决了广蓄多项长期存在但无法完全解决的重大缺陷，为电网建设提供有力支持。
六、自动控制系统的发展趋势
随着我国电力体制改革的深入,面对电厂走向市场的严峻形势,常规自动化控制系统已不能满足日益增长的管理和技术要求。自动控制系统不再仅仅是打造一个技术先进或造价低廉的电厂,而应当是成就一个面向市场具有竞争力的电厂。我国电力事业的发展促进了对自动控制系统的更高要求,所以我们相信在不久的将来,我国自己生产的自动控制系统更加成熟,在我国乃至世界市场得到更广泛应用。
七、结束语
通过对电厂常规自动控制系统存在的问题分析，进一步明确了常规自动控制系统在电厂应用中的方向。因此，在电厂的后续发展中，要不断提高常规自动控制系统技能的提高，促进自动控制系统的发展。
参考文献
[1]谷平 电力企业物资管理系统的构建 电力信息化 2004年
[2]杨波 基于UML的电力物资管理系统的建模与开发华中电力 2003年
[3]高宗和 自动发电控制算法的几点改进 电力系统自动化 2001年
【关键词】电厂；自动控制；问题
中图分类号：TM6文献标识码： A
一、前言
近年来，现代几乎各种技术的发展都涉及到了自动化能技术，可以说自动化已经广泛应用到许多领域。尤其是电厂自动控制系统更是取得了飞速的发展，但在实际的操作过程中依然存在一些问题和不足需要改进，在科学技术突飞猛进的新时期，加强电厂常规自动控制系统存在的问题解决，对我国电厂发展有着重要意义。
二、电厂自动控制系统的必要性
随着我国煤炭价格持续增长，煤电联动响应不足，电价市场化定价机制迟迟不能确定的行业背景下，发电企业对生产现场的控制和把握有了更高要求，生产成本的严格控制要求自动化程度更高，生产岗位减少，生产人员人均控制装机容量增加。生产决策必须及时就要求生产控制系统、厂级信息系统和协同管理系统一体化。随着国家对智能电网的发展的提倡，要求各大发电站的调峰、二次调频能力更强，AGC投切率更高且能适应先进的实时的潮流计算，并且要求大电站的DCS系统有更为稳定的协调控制方案和调节能力以应对负荷扰动。所以必须加强电厂自动化控制技术的提高。
三、自动控制系统故障诊断装置的功能
（1）在线监测自动调节系统调节品质并给出评价，如衰减率、过渡过程时间、超调量、静态偏差、动态偏差等指标。
（2）控制系统闭环辨识。
（3）诊断控制系統是否处于最优整定状态，分析其原因，并给出建议措施。
（4）判断控制系统中一些重要信号是否正常工作，给出报警并分离出故障传感器，提出建议和应采取的措施。
（5）判断控制系统中执行机构是否工作正常，如执行机构出现故障时，给出相应的报警和建议。
（6）实时数据采集实现故障诊断装置与电厂DCS的数据通信。
四、电厂自动控制系统存在的问题及解决办法
1、电厂自动控制系统存在的问题
（1）传感器典型故障类型
传感器断线：传感器处于断开的状态；传感器恒偏差：传感器的输出信号和实测值存在较大偏差；传感器的增益变化：传感器的输出增益衰减或增大；传感器卡死：传感器的输出不随被测量值的变化而变化，保持一个恒定的输出值；传感器脉冲性故障：传感器的输出突然出现很短时间的突变后又恢复正常。
（2）自动控制系统故障诊断装置的硬件设计问题
针对原硬件的使用情况，在原设计系统中充分进行硬件的开发利用，实现新的功能。
（3）控制系统中的软件对故障
诊断存在低效和不合理对原有软件的一些子程序进行完善性编程，增加和加强故障诊断数据存储和通讯功能，便于系统故障诊断的进行。
2、解决上述问题的方法
（1）基于各种实际情况建立模型以
响应系统动态特性众所周知，过热汽温系统是一个多扰动输入系统，通常控制模式为减温水流量为输入，各级减温器后的蒸汽温度为输出，其他为扰动因素但该模式因系统负荷的变化而无法满足日常的控制，故采用建立模糊动态模型，提高系统控制和响应精度，从而获得全控制范围高精度的动态响应，保证系统能够满足生产要求。
（2）典型工况下基于观测器的故障诊断
观测器和滤波器用于故障诊断实质上是用状态重构的方法来实现状态估计，构造和状态相关的残差信息使其中包含故障信息，基于残差分析来进行故障检测和隔离。
（3）利用误差检测技术进行故障检测
故障检测方法最基本和有效的方法是对测量信号偏离期望值的误差程度进行检测，这种检测技术通常通过对测量信号设置上、下限来实施。测量信号的值落在上、下限设定的区间时，认为信号正常；反之，认为信号不正常。
（4）执行器故障诊断
执行器出现粘滞一滑动故障现象时，据该过程中速度变化事件的频率分布的变化进行诊断，正常时的速度变化不。故障是很方便诊断出来。二者之间的关系视分布频率图的形状而定，在理论上，速度均值和均方根间的比率与阀杆运动速度大小的发生频率分布图形状有关。
（5）热工自动控制系统的闭环辨识
系统控制要求辨识必须在闭环状态下进行，闭环辨识可采用2种方法：间接辨识法，首先获得闭环系统模型，在此基础上利用反馈通道上的控制器模型，从中导出前向通道模型；直接辨识法，利用前向通道的输入输出数据，直接建立前向通道的数学模型，反馈通道的控制器模型可以未知
五、实例分析
1、案例概述
广蓄A厂上位机系统从1992年投入运行至2007年，运行时间已达15年。随着时间的推移，曾经领先的系统逐渐落后，系统的缺陷不足逐渐暴露。一是限于当时的计算机发展水平，所设计的软硬件已经不能满足现今电厂运行维护的需要。二是上位机系统作为电厂自动控制的核心部分，其使用的核心程序电厂自动控制程序是基于20世纪70年代的控制理念设计，控制程序已经不能满足21世纪电网机组的运行的要求。三是系统日渐老化，故障率有所上升，且由于部分备品难以采购，造成维护日益困难
2、设计开发广蓄A厂上位机自动控制程序
广蓄A厂对运行于成组控制模式的机组的所有控制功能均由后台运行的过程控制程序完成，此程序由30个功能独立的程序模块组成，每个模块实现不同的控制功能，例如成组开机发电，抽水，有功的分配，500kV频率调节，自动发电控制（AGC），自动电压控制（AVC）等。该程序在上位机系统初始化后自动运行，每个模块根据各自的运行周期运行，主要模块功能如下：
（1）有功控制
有功控制功能负责控制全厂机组的启停及机组功率调节，其计算框图如图1：
其主要计算模块分述如下：
500kV网络结构状态监视模块
此模块首先运行，且运行周期为1s，实时采集A厂两条出线及500kV环网上所有断路器，隔离刀闸和接地刀闸的状态，根据各开关，刀闸的状态进行计算，得出电厂出线的网络结构模型，并针对当前的网络结构模型进行相关的安全性计算，限制或开放机组的相关功能。
机组状态监视模块
此模块运行周期为5s，根据实时采集的各台机组的相关信息，经过一系列缜密的安全性计算和机组的性能曲线分析，得出各台机组当前的运行状态，所能承受的负荷量及最佳的运行方式等数据。
设定值处理模块
此模块运行周期为5s，对全厂容量/负荷的设定值进行处理，由2个子模块组成：负荷曲线模块和操作员设定值模块，由操作员选择其中一个子模块运行。
④自动发电控制模块（AGC）
此模块运行周期为5s，根据容量设定值控制机组的启停，根据全厂负荷设定值对各正在运行的机组进行负荷分配
（2）无功控制自动电压控制模块（AVC）
此模块运行时间为5s，根据调度或电厂操作员设定的500kV电压设定值进行计算，对机组进行无功功率的闭环控制。计算框图如图2：
在程序运行的下个周期，自动控制程序再次测量当前电压测量值后重复上述计算，直到电压偏差在允许范围内，达到电压的自动闭环控制
3、运行概况
经过2年多的运行，各项控制功能运行良好，均达到了设计要求，电厂自动控制水平有了很大提高。多种控制功能的完善令广蓄A厂能更好地适应电网日益严格的调峰调频要求，彻底解决了广蓄多项长期存在但无法完全解决的重大缺陷，为电网建设提供有力支持。
六、自动控制系统的发展趋势
随着我国电力体制改革的深入,面对电厂走向市场的严峻形势,常规自动化控制系统已不能满足日益增长的管理和技术要求。自动控制系统不再仅仅是打造一个技术先进或造价低廉的电厂,而应当是成就一个面向市场具有竞争力的电厂。我国电力事业的发展促进了对自动控制系统的更高要求,所以我们相信在不久的将来,我国自己生产的自动控制系统更加成熟,在我国乃至世界市场得到更广泛应用。
七、结束语
通过对电厂常规自动控制系统存在的问题分析，进一步明确了常规自动控制系统在电厂应用中的方向。因此，在电厂的后续发展中，要不断提高常规自动控制系统技能的提高，促进自动控制系统的发展。
参考文献
[1]谷平 电力企业物资管理系统的构建 电力信息化 2004年
[2]杨波 基于UML的电力物资管理系统的建模与开发华中电力 2003年
[3]高宗和 自动发电控制算法的几点改进 电力系统自动化 2001年