水电站计算机监控系统的设计及其关键控制设备的研究

论文摘要

水电资源是清洁无污染的绿色能源。我国地域广阔,水电资源尤其是中小水电资源蕴藏丰富。随着国民经济的高速发展,对电力的需求不断增加,在大型水电站得到充分开发之后,已建和在建的中小型水电站数量众多,为提高其技术和管理水平,研制水电站计算机监控系统势在必行。水电站计算机监控系统是对水电站设备进行实时监控的关键设备,涉及计算机网络、数据库、计算机图形、数字电子及自动控制等技术。本文通过分析国内外水电站计算机监控系统的模式、网络通讯系统的结构以及现地控制单元(LCU)的结构模式,根据水电站自动发电控制(AGC)的要求,对中、小型水电站的计算机监控系统进行了方案设计和结构配置。系统采用分层分布式的体系结构,将水电站计算机监控系统分为电站控制层和现地控制单元两层。采用百兆光纤快速以太网进行电站级主控设备与现地控制单元主控设备之间的通讯;采用PROFIBUS DP现场总线进行现地控制单元中的主控设备(可编程控制器(PLC))与其它现地设备之间的通讯。针对LCU在水电站监控系统中的重要作用,本文设计了水力发电机组操作流程及LCU人机界面,并在功率调节模块中引入单神经元自适应PID功率调节器,提高了水力发电机组功率调节的智能化水平。系统在功能及软、硬件配置上均达到了“无人值班”(少人值守)的要求,具有广泛的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 自动发电控制（AGC）
• 1.3.1 AGC 数学模型
• 1.3.2 AGC 负荷分配原则
• 1.3.3 AGC 控制系统的约束条件
• 1.4 论文主要研究内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 水电站计算机监控系统总体结构设计
• 2.1 水电站计算机监控系统的技术指标
• 2.2 水电站计算机监控系统网络的结构设计
• 2.2.1 网络的拓扑结构
• 2.2.2 网络通信介质的选择
• 2.2.3 网络介质访问控制方式
• 2.2.4 网络通信结构的选择
• 2.3 中小型水电站计算机监控系统结构模式的确定
• 2.4 水电站计算机监控系统实现的具体功能
• 2.5 本章小结
• 第三章 机组LCU 的设计
• 3.1 机组LCU 简介
• 3.1.1 机组LCU 的功能
• 3.1.2 机组LCU 的结构模式
• 3.2 机组LCU 的冗余结构设计
• 3.2.1 控制器冗余
• 3.2.2 软冗余
• 3.2.3 电源冗余
• 3.2.4 输入输出冗余
• 3.3 机组LCU 的主要控制设备
• 3.3.1 可编程控制器选型原则
• 3.3.2 监控点数的确定
• 3.3.3 机组LCU 的硬件配置
• 3.4 机组LCU 其他设备的配置
• 3.4.1 人机接口设备
• 3.4.2 测速装置的选择
• 3.4.3 测温装置的选择
• 3.4.4 同期装置的选择
• 3.5 本章小结
• 第四章 机组LCU 的控制程序开发
• 4.1 机组运行状态的判断
• 4.2 机组顺序控制流程设计
• 4.3 单神经元自适应PID功率调节
• 4.3.1 单神经元PID 自适应控制器原理
• 4.3.2 水电站计算机监控系统的单神经元自适应PID 功率调节
• 4.4 机组LCU 顺序控制功能的实现
• 4.4.1 编程方法的基本分类
• 4.4.2 机组LCU 结构化编程
• 4.5 本章小结
• 第五章 人机接口（HMI）的设计
• 5.1 人机接口简介
• 5.2 人机界面的功能要求
• 5.3 人机接口界面的设计
• 5.3.1 监控主画面的设计
• 5.3.2 机组运行状态的监视
• 5.3.3 机组控制功能的实现
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢