[實用新型]基于IEC61850的數(shù)字化水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201020228841.5
• 申請日: 2010-06-03
• 公開（公告）號: CN201751566U
• 公開（公告）日: 2011-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳啟明;呂桂林;徐建文
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢四創(chuàng)自動控制技術(shù)有限責(zé)任公司
• 主分類號: F03B15/00
• 分類號: F03B15/00
• 代理公司: 武漢開元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 劉志菊

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種基于IEC61850的數(shù)字化水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，用于數(shù)字化水電站各型水輪機(jī)組的控制，滿足智能電網(wǎng)的控制要求。

技術(shù)背景

在全球金融危機(jī)和全球氣候變化下，幾乎所有發(fā)達(dá)國家都把發(fā)展可再生能源當(dāng)作振興經(jīng)濟(jì)的重要措施，中國也是如此，2009年12月25日各部委聯(lián)合發(fā)布《重大技術(shù)裝備自主創(chuàng)新指導(dǎo)目錄》，百萬千瓦級水電機(jī)組的水輪機(jī)及調(diào)速、勵磁、發(fā)電機(jī)等附屬設(shè)備及其系統(tǒng)集成設(shè)計技術(shù)被作為清潔高效發(fā)電設(shè)備及技術(shù)列入。同時，國家提出要建設(shè)堅強(qiáng)智能電網(wǎng)，以滿足水電、風(fēng)電、太陽能、潮汐能等多種可再生能源的可靠接入，這就對作為水輪機(jī)的附屬設(shè)備調(diào)速系統(tǒng)提出了更高的要求。

目前應(yīng)用于水電站的水輪機(jī)調(diào)速器大都能可靠運行，滿足電站現(xiàn)有需求，但針對未來數(shù)字化水電站和智能電網(wǎng)的建設(shè)，還存在以下不足：

1)與上位機(jī)和其他設(shè)備的通信協(xié)議不統(tǒng)一，不便于數(shù)字化水電站的組網(wǎng)；

2)互操作性差，信息共享度差；

3)設(shè)備重復(fù)投資多；

4)可靠性、利用率和可維修性有待提高。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的是適應(yīng)智能電網(wǎng)的提出和發(fā)展，利用新的應(yīng)用于數(shù)字化變電站的通信標(biāo)準(zhǔn)IEC61850《變電站通信網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)》，設(shè)計一種基于IEC61850的數(shù)字化水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，實現(xiàn)水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)與水電站其他智能電子設(shè)備、調(diào)度中心和遠(yuǎn)方控制的互操作及信息共享，以實現(xiàn)數(shù)字化水電站的建設(shè)和智能電網(wǎng)的控制。

本實用新型的技術(shù)方案：本實用新型的基于IEC61850的數(shù)字化水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)通過站控層、間隔層和過程層三層網(wǎng)絡(luò)對水輪機(jī)進(jìn)行數(shù)字化控制，水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的主體分布在間隔層和過程層，處于間隔層的是冗余型水輪機(jī)調(diào)節(jié)器；處于過程層的是智能液壓伺服系統(tǒng)、機(jī)組合并單元、系統(tǒng)合并單元、智能壓油系統(tǒng)、智能轉(zhuǎn)速繼電器、機(jī)組智能單元；水輪機(jī)調(diào)節(jié)器與站控層和間隔層的智能電子設(shè)備構(gòu)成冗余的高速星型以太網(wǎng)，此為間隔層以太網(wǎng)；水輪機(jī)調(diào)節(jié)器與過程層的智能電子設(shè)備構(gòu)成冗余的高速星型以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，此為過程層以太網(wǎng)；各智能電子設(shè)備通信協(xié)議滿足IEC61850標(biāo)準(zhǔn)要求；水輪機(jī)調(diào)節(jié)器通過間隔層以太網(wǎng)接受水輪機(jī)組現(xiàn)地控制單元LCU的各種指令和給定，通過過程層以太網(wǎng)采集水輪機(jī)組頻率、有功、接力器開度和其他相關(guān)信息，從而控制智能液壓伺服系統(tǒng)將接力器定位于水輪機(jī)調(diào)節(jié)器指定的開度，實現(xiàn)機(jī)組的調(diào)頻、調(diào)相、調(diào)功。

所述水輪機(jī)調(diào)節(jié)器包括電源模塊、CPU模塊、以太網(wǎng)接口和操作終端，CPU模塊通過以太網(wǎng)接口接入間隔層和過程層的高速以太網(wǎng)，各種指令、狀態(tài)、采集數(shù)據(jù)和控制信號均通過高速以太網(wǎng)實時傳輸，以實現(xiàn)調(diào)節(jié)器的各項功能。

所述智能液壓伺服系統(tǒng)包括智能控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)、機(jī)械液壓伺服系統(tǒng)和接力器反饋；智能液壓伺服系統(tǒng)通過以太網(wǎng)接口接入過程層的高速以太網(wǎng)；智能控制器包括電源模塊、CPU模塊和以太網(wǎng)接口，智能控制器通過以太網(wǎng)接受調(diào)節(jié)器的指令開度，通過采集接力器反饋以確定接力器實際開度，據(jù)此計算指令開度與實際開度之差控制伺服驅(qū)動系統(tǒng)，驅(qū)動機(jī)械液壓伺服系統(tǒng)開、關(guān)接力器，從而完成接力器開度的閉環(huán)控制。

所述的智能液壓伺服系統(tǒng)包含A、B兩套，包括：A、B兩套智能控制器、A、B兩套伺服驅(qū)動、A、B兩套伺服電機(jī)、A、B兩套無油電轉(zhuǎn)、一個引導(dǎo)閥、一個主配壓閥和A、B兩套接力器反饋；兩套智能液壓伺服系統(tǒng)同時連接到A、B兩套水輪機(jī)組的接力器反饋、A、B兩套伺服系統(tǒng)，兩套智能液壓伺服系統(tǒng)同時接受調(diào)節(jié)器的開度指令，與接力器開度反饋形成閉環(huán)，控制伺服電機(jī)及其驅(qū)動器，從而控制引導(dǎo)閥和主配開或關(guān)，壓力油進(jìn)入接力器的開腔或關(guān)腔，推動接力器開或關(guān)到指令開度。

所述的智能壓力油系統(tǒng)包括智能控制單元、軟啟動器、油泵電機(jī)組、自動補(bǔ)氣裝置、壓力油罐、回油箱、壓力罐壓力變送器、壓力罐液位變送器、回油箱液位變送器、漏油箱及其漏油箱斷路器、漏油箱油泵電機(jī)組和漏油箱液位變送器；智能控制單元以太網(wǎng)口不少于兩個，以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)冗余。

所述的水輪機(jī)調(diào)節(jié)器采用A、B兩套控制器，互為熱備冗余，切換時間小于30US；每套控制器以太網(wǎng)口不少于4個，分別與間隔層和過程層構(gòu)成高速冗余的星型以太網(wǎng)；水輪機(jī)調(diào)節(jié)器從間隔層和站控層接受各種指令和狀態(tài)量，包括開機(jī)、停機(jī)、調(diào)相、并網(wǎng)、一次調(diào)頻、負(fù)荷增減令；接受各種數(shù)據(jù)，包括功率給定、水頭、電氣開限；水輪機(jī)調(diào)節(jié)器的采樣值和反饋狀態(tài)量則從過程層取得，包括接力器反饋采樣值、機(jī)組頻率、系統(tǒng)頻率、機(jī)組有功、智能液壓伺服系統(tǒng)的狀態(tài)、主配拒動信號、緊急停機(jī)動作信號、事故配壓閥動作信號；水輪機(jī)調(diào)節(jié)器根據(jù)各種工況下的PID計算和邏輯判斷，控制過程層各智能單元，以完成相應(yīng)的功能。