稳定控制装置（精选9篇）
稳定控制装置 篇1
0 引言
区域稳定控制是确保电力系统安全稳定运行的重要手段[1,2]。控制决策的实现方式一般分为3类:①离线预决策,实时匹配;②在线预决策,实时匹配;③实时计算,实时控制。无论何种方式,控制策略表都是控制的基本依据,稳定控制装置是策略实施的主体,运行方式的识别、扰动状态的判别以及策略搜索、匹配和实施是稳定控制装置的核心内容。
整个稳定控制工程中,控制策略是相对易变的部分。运行部门要经常根据电网运行方式和结构的变化进行稳定分析计算和策略表的更新,稳定控制装置的策略搜索软件也要进行相应的二次开发,稳定控制系统能否按照既定策略正确实施控制,其关键是稳定控制装置中的策略搜索匹配软件流程是否正确、逻辑是否严密,这通常都会涉及大量的编程、测试和验证工作,系统越复杂,问题就越突出[3]。
区域电网安全稳定控装置部署完成后,二次开发工作主要集中在以下2个方面:①策略表的制定。利用电力系统专业工具对电网进行仿真和稳定分析计算,预想多种可能的故障场景,包括运行方式、断面潮流和故障状态等,反复验证稳定控制措施如切机、切负荷或解列等对维护电网稳定的效果,并得到最终的控制策略表。②策略表搜索匹配软件的编制和测试。策略表搜索匹配是根据既定的策略表编写稳定控制装置软件,该软件通过对故障场景的识别,对照策略表的相应条目进行搜索和匹配,获得对应的控制措施并实施,软件编制完成后,研发、工程和用户要进行一系列测试,发现软件中的漏洞并进行修改,现场投运前还要按照策略表进行最后测试。稳定控制工程实施过程中,策略表若需修改或调整,上述过程就要重新进行,而策略表的修订在整个工程中时有发生,随着电力系统规模的扩大、策略复杂性的提高以及投运装置数量的增加,稳定控制工程的二次开发工作面临巨大的挑战。
文献[4,5]针对上述问题进行了有益的探讨。文献[4]提出一种以树状结构形式存放控制策略表的方法,该方法将安全稳定控制策略表分解为接线方式、潮流方式、故障信息、保护动作信息和控制策略5种基本策略元素,每一种策略元素均用一条逻辑表达式表述,并将各策略元素间的关系用树表示,实现了一种有代表性的策略表存储格式。文献[5]提出一种在稳定控制装置中进行策略搜索的方法,将运行方式的确定、策略表的搜索、控制措施的出口3个部分统一考虑,将各种稳定控制系统的不同要求用流程和表格的形式表达,分别使用流程指令和表格结构描述,使其转化成统一的格式,实现了一种控制策略的标准化搜索方案。
研究表明,稳定控制策略表的内容虽然千变万化,但其表述有固定的模式,其核心内容可以抽象为一系列状态、事件、状态迁移、动作等元素的集合,非常适合用有限状态机(FSM)相关理论进行处理,将策略表的存储和搜索用统一的数学模型表达。
本文通过对稳定控制策略实现特征的分析,提出一种以FSM原理为基础的控制策略搜索模型,形成策略表与策略搜索匹配过程统一的数学表达式,实现策略表与搜索匹配软件的解耦,从而可以极大地提高稳定控制工程实施的整体效率。
1 控制策略分析
如前所述,稳定控制策略内容的表述有固定的模式,可以尝试从FSM模型出发,研究稳定控制策略与FSM之间的对应关系,梳理策略实施流程,寻求稳定控制策略的FSM模型表达。
FSM一般可归纳为现态、事件、动作、次态4个要素。这样的归纳,主要是出于对FSM的内在因果关系的考虑。现态和事件是因,动作和次态是果。现态是指当前所处的状态。 事件又称为条件,当一个条件被满足,将会触发一个动作,或者执行一次状态的迁移。 动作是指条件满足后执行的动作,动作执行完毕后,可以迁移到新的状态,也可以仍保持原状态,动作不是必需的,当条件满足后,也可以不执行任何动作,直接迁移到新状态,次态是指条件满足后要迁往的新状态。次态是相对于现态而言的,次态一旦被激活,就转变成为新的现态。
传统上,稳定控制策略一般包括系统运行方式、故障场景、控制策略3项基本要素。稳定控制装置在具体编程过程中要实现策略的搜索、匹配和实施,从FSM模型的角度观察,稳定控制策略的实现过程可以看做是由一系列现态、事件、动作和次态组成。运行方式、断面潮流、开关位置等系统运行状态可以归类为现态,某个故障场景例如短路、跳闸等可以表示为事件,策略的执行例如切机、切负荷可以表示为动作,故障或策略执行导致的系统运行方式变化可以表示为次态。可以看出,稳定控制策略的基本内容与FSM的基本要素有内在关联,可以尝试通过FSM模型得到稳定控制策略统一的数学表达,第3节将给出详细、严格的对应关系。
2FSM
FSM又称有限状态自动机,是表示有限个状态以及在这些状态之间的转移和动作等行为的数学模型。FSM是一种概念性机器,能采取某种操作来响应一个外部事件。具体采取的操作不仅取决于接收到的事件,还取决于各个事件相对发生的顺序。之所以能做到这一点,是因为FSM能跟踪一个内部状态,会在收到事件后进行更新。为某一个事件而响应的动作不仅取决于事件本身,还取决于FSM的内部状态。另外,采取的动作还会决定并更新FSM的状态。这样,任何逻辑都可以建模成一系列事件和状态的组合。因此,FSM被广泛应用于计算机、通信、数字逻辑设计、软件工程等领域。
在实际应用中,FSM根据是否使用输入信号分为Moore型和Mealy型2类。Moore型FSM的输出信号仅与当前状态有关,即可以把Moore型FSM的输出看成是当前状态的函数。Mealy型FSM的输出信号不仅与当前状态有关,而且与所有的输入信号有关,即可以把Mealy型FSM的输出看成是当前状态和所有输入信号的函数[6,7]。
Mealy 型FSM是一个6元组,用M表示为:
式中:S为状态有限集合,S={s0,s1,…,sn},s0为初始状态;Σ为输入符号的有限集合,Σ={σ0,σ1,…,σn};Λ为输出符号的有限集合,Λ={λ0,λ1,…,λn};T 为转移函数,SΣ→S;G为输出函数,SΣ→Λ。
上述6元组包含了一组状态集、一个初始状态、一组输入符号集、一组输出符号集、一个映射输入符号和当前状态到下一状态的转移函数的计算模型和输出函数的计算模型。
T的每个元素可以表示为一个5元组,即
式中:t1为T的初始状态;t2为目标状态;t3为来自Σ的输入事件(可以为空);t4为监护条件和输入时间参数等约束;t5为转换执行的动作。
G也可以做类似的表述。当输入符号串后,模型随即进入初始状态,要改变到新的状态,依赖于转移函数。在FSM中,会有许多变量、多重初始状态、基于没有输入符号的转换,或者指定符号和状态的多个转换,指派给接收状态(识别者)的一个或多个状态等很多与事件、转换或状态关联的动作。
显然,稳定控制策略的实现过程也是由一系列现态、事件、动作和次态组成,可以在FSM模型中找到一一对应的映射关系。事实上,任何具有确定因果律的控制系统,其逻辑关系都可以用FSM来描述。
3 映射关系的建立和模型的实现
3.1 映射关系的建立
传统的稳定控制策略搜索软件的流程基本上遵循事先设定的一系列逻辑关系和标准流程,从头到尾顺序执行,文献[4,5]提出的实现方法就是这种面向流程的传统应用程序的典型例子。
本文提出的按照FSM原理建立的策略搜索软件模型是由事件驱动的,在特定状态下采取特定的动作,转换至新的状态或回归初始状态。该方法将策略表和搜索软件用统一的数学模型表达,这种模型与实际系统的动态过程更接近,物理概念更清晰,特别适合用面向对象的编程方法实现。建立映射关系的步骤如下。
1)分析稳定控制策略表的相关内容,将其按照FSM模型元素进行分类。
2)建立稳定控制策略表与式(1)表述的Mealy型FSM模型之间的映射关系,如表1所示。
3)形成策略表与搜索匹配过程的Mealy型FSM模型,其表达式如下:
式中:m1为运行状态集;m2为当前运行状态集;m3为扰动事件集;m4为控制措施集; m5为状态迁移函数;m6为策略搜索函数。
3.2 模型的实现
式(3)模型中表述的策略表内容可以归为3类:①运行状态,表示FSM的各种状态;②扰动事件和控制措施,是FSM的输入、输出;③状态迁移和策略搜索,是策略匹配的过程和FSM的动作。
下面以一条典型的控制策略为例加以说明。某电压等级联络线甲、乙双回运行(S),发生故障(f)单回线跳开导致另外一回线过载(s),需切除丙厂机组x台,丁站负荷y MW。上述策略表内容代入式(3)得:
运行状态、扰动事件和控制措施{S,s},{s},{f},{x,y}是静态内容,策略表形成后就相对固定,表达和处理较为简单,而搜索控制措施的匹配过程{sf→S}, {sf →{x,y}}是动态内容,需要根据扰动输入结合当前运行方式给出控制措施,这部分处理较为复杂,是工作量大且容易出错的环节。
通过FSM模型的表述可以看出,{S,s},{s},{f},{x,y}成为{sf→S}和{sf→{x,y}}输入、输出,实现了策略内容与搜索匹配的解耦。在实际软件编制过程中,采用面向对象技术,将{S,s},{s},{f},{x,y}等内容以抽象类的形式表达,各种同类异构的策略表条目都可通过对象的实例化完成。{sf→S},{sf →{x,y}}的实现原来是一项复杂的工作,传统方式下,这部分编码由人工完成,任务繁重且易出错,逻辑测试和代码寻查非常繁琐。但是,由于FSM的广泛应用,已经形成完整的理论体系和一系列强大的设计工具,可以通过可视化界面完成FSM设计,有的商用设计工具可以直接生成优化的C代码,并可自动完成各种复杂逻辑的测试和校验工作,确保形成的代码不仅逻辑严密而且执行高效。将生成的代码封装成函数形式移植到稳定控制装置的程序中,就完成了软件开发工作。上述设计工具也可专门定制开发,针对性会更好。
采用FSM工具设计策略时,首先创建一个名为System的工程,然后创建名为Table1的策略项,再根据策略表内容设计出各种状态、事件和动作,以及相应的参数、输入和输出,如图1所示。图中:状态1表示甲乙双回线运行;状态2表示一回线故障跳闸,另一回线运行;状态3表示单回线过载运行。单回线故障导致系统状态从状态1迁移到状态2,单回运行过载后系统状态2迁移到状态3;采取切机切负荷动作后,系统从状态3迁移到状态2;故障后若有重合,则系统状态会返回到状态1。
运行Project选项中的Validator功能可以完成FSM的验证,运行Code Generate功能可以生成C代码和头文件,对代码稍加整理,再嵌入到稳定控制主程序中进行调整,就完成了代码开发,可进入实际装置的策略验证和测试环节。
4 效果验证
用传统编程方式处理上述策略,需要先绘制流程图或逻辑框图,然后编写代码并进行调试,整个过程一般需要2.5 h,而采用FSM设计工具,整个过程仅需要0.5 h。此外,还有一个更大的好处,就是将文字描述的策略变成简洁直观的图形表达,策略过程一目了然,完成了状态图便完成了核心代码的编写。特别是在策略调整和修改过程中,FSM设计更具优势。传统方式下,首先要修改逻辑框图,讨论和检查后再进行编码,有时即使框图的逻辑设计正确,但编码环节仍会产生错误;而采用FSM开发的核心逻辑,只要状态图设计正确并通过自动验证,就能保证代码逻辑的正确性。FSM设计工具还提供了完善的归档和管理功能,便于工程维护。显然,用FSM设计工具完成策略搜索和匹配,无论是编程效率还是代码的管理都有质的提升,从而提升了整个稳定控制工程的实施效率和质量。
5 结语
以FSM原理为基础形成的标准化稳定控制装置的策略搜索匹配状态机模型,物理概念清晰,逻辑关系明确,表达形式简洁,与实际系统的动态过程十分吻合,实现了策略表与搜索匹配的解耦,便于软件的编制和测试,减少了稳定控制工程的二次开发工作量,从而极大地提高工程实施的整体效率。
此外,专门开发的根据FSM模型实现稳定控制策略搜索匹配的可视化软件或列写状态方程直接生成代码的工具与基于故障场景的稳定控制测试系统一起,逐步形成完整的稳定控制工程开发和测试的工具链,同时也为稳定控制装置的标准化设计研究提供了理论依据和技术支撑。
参考文献
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[3]王亮,王新宝,高亮,等.基于故障场景的区域电网安全稳定控制系统测试方法[J].电力系统自动化,2007,31(18):39-42.WANG Liang,WANG Xinbao,GAO Liang,et al.A faultscenario based method for the regional power grid security andstability control system test[J].Automation of Electric PowerSystems,2007,31(18):39-42.
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[7]ROTH C H,Jr.Fundamentals of logic design[M].Burlington,MA,USA:Thomson-Engineering,2004:364-367.
稳定控制装置 篇2
【摘要】发动机盘、环类零件超声水浸检测时，根据检测工件厚度不同需更换不同频率的探头进行检测，一般探头依靠螺紋拧紧固定安装在水浸检测系统的探头座上，这种螺纹连接方式导致同一探头更换后探头声束指向性不同，探头指向角偏转，在探头接收信号时导致信号衰减，不利于埋深较大冶金缺陷的准确检测和定量，对于零件内部冶金缺陷存在漏检的隐患。为了保证检测准确性，每次更换探头后不得不对检测系统的距离波幅曲线进行校正，降低检测效率。本项技术就是针对以上问题，设计出便于操作、通用性强、带有准确定位的超声波探头定位安装装置，保证探头更换后探头声束指向性达到一致。
【关键词】无损检测；超声波探头；水浸探伤；探头指向角
引言
随着航空发动机推重比不断提高，对航空发动机盘、环类零件内部冶金质量要求也越来越高，超声水浸检测方法是盘、环类零件内部冶金缺陷检测的关键手段之一，及时有效地检测出零件的内部缺陷，对保证发动机的使用安全具有重要意义，而超声检测探头定位安装装置是水浸检测不可缺少的辅助工具。
在零件超声水浸检测时，根据检测工件厚度不同需更换不同频率的探头进行检测，一般探头依靠螺纹拧紧固定安装在水浸检测系统的探头座上，这种螺纹连接方式导致同一探头更换后探头声束指向性不同，探头指向角偏转，在探头接收信号时导致信号衰减，不利于埋深较大冶金缺陷的准确检测和定量，对于零件内部冶金缺陷存在漏检的隐患。为了保证检测准确性，每次更换探头后不得不对检测系统的距离波幅曲线进行校正，降低检测效率。本项技术就是针对以上问题，设计出便于操作、通用性强、带有准确定位的超声波探头定位安装装置，保证探头更换后探头声束指向性达到一致。
1、方案设计
超声水浸检测探头定位安装装置，主要包括定位卡座、转接头两部分。其中，定位卡座一端通过螺纹连接超声水浸检测系统原设备探头支撑臂，另一端与转接头连接，通过哨套配合保证二者同轴度、卡爪沟槽配合保证二者周向锁紧定位，转接头另一端与检测用探头连接。
图1是探头定位安装组装结构示意图。其中：1-原设备探头支撑臂、2-定位卡座、3-转接头、4-探头。
所述定位卡座（图2）在圆周方向均布设有2个沟槽，沟槽侧内部按莫氏锥体方式加工。
所述转接头（图3）在圆周方向上均布设有2个与定位卡座沟槽匹配的卡爪，同时与定位卡座连接端加工与定位卡座匹配的莫氏锥体。
另所述转接头，应根据探头数量加工多个转接头分别与探头组装备用，保证每次更换探头后探头声束轴线一致性，进而保证检测准确性。
2、下面通过具体实施方式对本设计方案做进一步详细说明：
本装置图1中：2（定位卡座）与1（原设备探头支撑臂）永久连接；根据4（探头）数量加工多个3（转接头），分别与4（探头）组装备用，保证每次更换探头后探头声束轴线一致性；2（定位卡座）与3（转接头）连接，哨套配合保证二者同轴度、卡爪沟槽配合保证二者周向锁紧定位。
探头定位安装步骤：
⑴将2（定位卡座）一端连接超声水浸检测系统1（原设备探头支撑臂），另一端与3（转接头）连接；
⑵将2（定位卡座）与4（探头）连接；
⑶将3（转接头）与2（定位卡座）连接。
3、结语
稳定控制装置 篇3
1 电力系统的稳定控制装置工程化存在的问题
由于电力系统稳定控制装置的独特作用, 各电力企业针对不同电网的不同情况, 结合自身的研发实力, 研发出了类型繁多、功能不一的稳定控制装置, 取得了很多突破性成就, 但因此项研发工作本身难度的巨大, 也使得研发出来的稳定控制装置不可避免存在着很多技术问题:
1.1 稳定控制装置硬件的定型很难
稳定控制装置硬件定性困难的原因主要是由于该装置所需服务的电网及厂站的具体性能要求是不同的, 早期的电力系统稳定装置是根据系统自身特点进行研发, 这样稳定控制装置的质量和性能无法得到保证。如果根据每个电网及厂站的要求进行具体研制, 研发周期过长, 会延误工期。
1.2 稳定控制装置难以满足适用性的要求
随着电力企业发展步伐的加快和电力体制改革速度和规模的跃升, 对电力系统稳定性的保持难度越来越大。加上地域条件的限制, 导致了不同地域的电力系统对于稳定控制装置的具体要求存在差异。总体来说, 现代电力系统稳定控制装置必须在宏观上同时符合有效性、经济性、适用性、可靠性的原则, 其中适用性原则是最难满足的, 研制出适合各种地域要求的稳定控制装置的难度可想而知。
1.3 各种稳定控制装置的软件版本繁多
电力系统稳定控制系统出现软件版本繁多的直接原因是为了满足各种电力系统的特殊要求, 尽力克服地域限制和适用性不足的问题。具体方法是对现有程序的多元化改进, 以满足各个电力系统的要求。但是这并非一定意味着出现良好的改进局面, 改进后的程序软件若不经过严格的软件测试, 很容易出现装置误动现象。
1.4 稳定控制装置的测试系统还有待开发
现阶段, 继电保护装置的测试系统逐渐走向成熟, 而相对于稳定控制装置的测试研究正处在起步阶段。稳定控制装置的测试系统大部分是沿用继电保护装置的测试系统, 这种沿用并非是没有根据, 两者在故障判别模块上确实有很大的相似性, 但目前稳定控制装置的测试系统的设计并不完善, 还有待开发。如果有稳定控制装置的测试系统能够对投运的系统做详细的测试, 对于上述的云南发生的稳定控制系统故障, 就可以有效避免。
1.5 通讯接口不灵活
目前大多数电力系统中采用的稳定控制系统大都是区域性稳定控制系统, 这种系统对于通讯接口的要求是比较高的, 要求通讯接口必须非常灵活, 只有这样才能满足应用现场的要求。随着通讯行业的迅猛发展, 通讯条件得到极大改进, 但是目前对于灵活通讯接口的研制尚有很多不够完善的地方, 技术水平存在很多局限。
2 电力系统的稳定控制装置工程化的硬件方案
2.1 新型稳定控制装置的硬件方案
新型稳定控制装置硬件方案设计的核心出发点是实现稳定控制装置的智能模块化, 借助于CAN总线将各个模块连接起来, 这个模块本身是智能模块, 可以进行自如的智能处理, 并且, 由于这些智能模块本身自带着CAN网络通讯模块, 因此, 我们可以根据工程的实际需要, 对模块数量进行合理配置。
2.2 新型通讯模块的硬件方案
针对新型的通讯模块设计, 主要综合了就地测量、控制和远方通讯的特点, 不仅可以作为厂站分散控制装置使用, 还可以通过所配有的信道作为区域性集中分层分布式控制系统的主站或子站, 或作为全电网在线控制系统的主站或子站等使用。当形成区域性集中分层分布式控制系统时, 多个控制系统装置通过采用高速数据通道与同步通信方式互联[3], 由通讯模块来完成其互联功能。
3 电力系统的稳定控制装置中的研究
3.1 故障识别的研究方案
故障识别方案依据是否依赖保护接点的动作分为依赖保护接点的识别方案与不依赖保护接点的识别方案, 这两种方案的主要区别在于是否将需要保护的动作接点接入稳定控制装置当中, 若是将其引入稳定控制装置当中, 稳定控制装置可以从动作接点反馈的信息获取模拟量的变化, 从而对故障进行识别;若是不将其接入稳定控制装置当中, 则会以来装置中自备的微机保护模块, 来识别各种故障。
3.2 稳定控制装置工程化的分析
由于稳定控制装置对不依赖保护接点的方案比较适用, 通过采用稳定控制装置的独立识别方式, 这种方式不仅具有一定的可靠性, 而且还具有较快的高速动作。为了使其可靠性进一步提高, 可以把保护的动作节点引进, 作为稳定控制装置的辅助识别依据。从整个电力系统的稳定控制装置来讲, 如果可以同保护装置综合考虑, 将这两种装置整合为一种新型的稳定控制系统, 就可以在整体功能上达到最佳效果。
4 结束语
本文通过对电力系统的稳定控制装置进行研究, 分析了稳定控制装置中存在的不足。目前用于继电保护装置的测试系统正逐渐走向成熟, 为相对于稳定控制装置的测试系统来讲, 寥寥无几。通过分析应用于网络连接的稳定控制装置的自身特点, 提出了综合测试系统。从而有效提高了其测试效果, 经实践表明, 综合测试系统在电力系统的稳定控制装置中实现了较高的精确度, 保证了测试结果的准确性。
参考文献
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电磁控制运动装置方案选择 篇4
关键词：电磁控制装置 单片机 步进电机
1 控制要求
设计并制作一套电磁控制运动装置，该装置由电磁控制装置、摆杆等部分构成。
1.1 基本要求 ①按下启动按钮，由静止点开始，控制摆杆摆动。②由静止点开始，控制摆杆在指定的摆角（10°～45°范围内）连续摆动，摆动摆角绝对误差≤5°，响应时间≤15s。③由静止点开始，按指定周期（0.5s～2s 范围内）控制摆杆连续摆动，摆动周期绝对误差值≤0.2s，响应时间≤15s。④在摆杆连续摆动的情况下，按下停止按钮，控制摆杆平稳地停在静止点上，停止时间≤10s。
1.2 发挥部分 ①摆杆摆角幅度能在10°～45°范围内预置，预置步进值为5°，摆角幅度绝对误差值≤3°，响应时间≤10s。②摆杆的周期能在0.5s～2s范围内预置，预置步进值0.5s，周期绝对误差值≤0.1s，响应时间≤10s。③摆杆摆角幅度和周期在上述范围内可同时预置，由静止点开始摆动，摆角幅度值和周期相对误差要求均和发挥部分中的①、②相同。当摆杆稳定运行20秒后发出声、光提示，并在5s内平稳停在静止点上。
2 系统方案选择与论证
根据要求，设计的电磁控制运动装置系统主要包括主处理器、液晶显示模块、按键模块、步进电机驱动模块、编码器角度测量模块、声光报警模块等几部分。
2.1 系统总体方案 电磁控制装置控制磁铁左右摆动，带动运动摆杆摆动，连动摆角指针，指示出摆动的角度。通过对系统功能要求的分析，设想了实现电磁控制装置功能的两套方案。①风扇驱动方案。通过两个相对的风机组成风道，中间放置一块挡风板，挡风板连接电磁铁，通过对两个风机开启、关闭的时间控制改变挡风板位置，连动电磁铁发生位移，同时电磁铁通过电磁场带动摆杆上的磁铁形成摆动。两个相对的风机可以方便简捷的控制挡风板左右位移，从而可以轻易的带动上方磁铁及摆杆，完成题目基本要求；但精度较低，对于题目发挥部分较难操控。②电机驱动方案。电机以特定的连接方式带动电磁铁发生位移，从而通过磁场控制摆杆下方磁铁运动以及摆杆的连动。电机进退位移准确，精度高，稳定性好，便于控制。方案比较：通过实用性、可控性、可靠性、稳定性、精度等方面的对比，选择方案二。
2.2 电机方案机械部分选择 电磁控制装置驱动方案确定使用电机后，需考虑电机驱动模型的构造。通过对目的及功能要求的分析提出三个较可行方案。①齿条轨道。电机上安装电磁铁，两侧安装齿轮，齿轮下方与齿条咬合形成轨道，通过控制电机正反转，电磁铁在轨道上呈“折返跑”运动，通过磁场带动摆杆下方磁铁运动。齿条可塑性高，便于构筑轨道，电机的齿轮与齿条咬合便于控制距离。②履带轨道。用履带模拟轨道，履带两端分别有两个电机连动，履带上放置电磁铁。左右两端电机分别控制履带正反转，完成电磁铁的位移，进而通过磁场控制摆杆下方磁铁运动。两个电机分别控制正反转便于操控，同时考虑电机性能，两个电机提高了安全性，防止电机因不断高速变向运转而损坏。③双摆模型。制作一个摆轴由电机控制的摆（L2），摆杆下端放置电磁铁，同时摆L2与角度测试摆（L1）保持同心旋转，摆L2半径比摆L1长。两摆通过特定位置放置，达到L2电磁铁与被测摆L1的磁铁相邻平行。通过电机控制摆L2左右摆动，依靠磁场带动L1磁铁及L1摆杆做同样摆动。用电机直接控制摆动角度便于操作，精度较高，稳定性高。方案比较：通过实用性、可控性、可靠性、稳定性、精度等方面的对比，方案一中，齿条对于构筑轨道强度、韧性不足，直接导致精度和稳定性下降；方案二中，履带相对较稳定，但两个电机控制履带正反转，转速和精度很难同时达到。最终选择方案三。
2.3 电机方案电机选择 电机机械部分确定后，需根据机械构造对电机的性能需求选择合适的电机。由于本实验要实现对角度的较准确的定位。采用步进电机作为该系统的驱动电机。由于其转过的角度可以精确的定位，可以实现直接对摆杆角度控制的精确定位。步进电机的输出力矩较低，随转速的升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，其转速较低。
2.4 控制器方案选择 选择宏晶科技的STC12C5A60S2单片机，该芯片是单时钟（机器周期1T）单片机，是高速、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换（250K/S，即25万次/秒），针对电机控制，强干扰场合。STC12C5A60S2单片机具有两路PWM，可以更好的支撑硬件电路，有效的减少编程量，且STC单片机运行速度较快，易于实现电机的控制，所以系统控制选择STC12C5A60S2单片机。
3总结
电磁控制装置主要包括步进电机和电磁铁，由步进电机带动电磁铁摆动，形成摆动的磁场，从而带动运动摆杆在指定的角度范围内摆动，指针指示出摆动的角度，同时由编码器构成的闭环系统可实时检测摆杆摆动的角度，并可通过液晶显示屏显示。
参考文献：
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稳定控制装置 篇5
为加强电力安全事故的应急处置工作,规范电力安全事故的调查处理,控制、减轻和消除电力安全事故损害[1],国务院599号令《电力安全事故应急处置和调查处理条例》于2011年9月1日正式施行。条例中明确了电力安全事故定义、事故级别划分标准,并对事故调查、处罚及追责等提出了实施细则。随后,国家电网公司、南方电网有限公司均出台了相应的事故调查规程。由此可见,从国家层面对电网尤其是对用户负荷密集、重要用户比例较高的大型城市电网的安全可靠供电提出了更高的要求。
电力安全事故中造成电网减供负荷或城市供电用户停电的原因主要包括电力设备损坏或故障、安全稳定控制装置切负荷、低频低压减载装置切负荷以及调度命令负荷控制措施(如事故拉路和有序供电等)。前者为物理现象,非人为因素,后三者是电网调度运行中常用的紧急减负荷手段。在事故等级划分标准中,可能引起电力安全特别重大事故和重大事故的判据不仅考虑电网减供负荷量,还包括了城市供电用户停电范围。因此,要实现电网安全稳定控制装置切负荷风险评估的目标,必须在调度自动化系统中解决对供电用户的监视,即将调度自动化系统在线监视范围从传统的电网一次设备、二次设备扩展至用户层面。
随着现代电力系统规模日益扩大和复杂化,以及用户对电能质量要求的不断提高,特别是国内外的几次大停电事故的发生,电力系统安全可靠性引起了人们的高度重视[2]。除了需要建立一个结构合理、联系紧密的电网来满足安全稳定运行要求之外,还需要建立合理完善的电网安全稳定控制系统来弥补电网一次系统的缺陷以及事故情况下的紧急控制。为了防止大的事故的发生,现代电网逐渐形成了集中管理+区域控制的模式,既从全网的高度统一管理各区域安全稳定控制系统,又不影响各区域稳定控制系统的独立运行[3,4],这里的集中管理即安全稳定控制装置集中管理系统(简称稳控集中管理系统)。
从系统功能上,早期的稳控集中管理系统多以实现安全稳定控制装置运行状态的实时监视为主要目标[2,3,5,6];随着计算机技术的发展以及稳控专业管理需求的不断扩充,逐渐形成了“监视—告警—管理”的系统功能框架,在运行监视的基础上,提供定值召唤及巡检比对、动作录波曲线显示、稳控系统运行统计等相关功能,为稳控系统的运行、管理提供便捷的技术服务。
在负荷密集的大型城市电网中,电网安全稳定运行及高可靠性供电是其首要任务,但目前的稳控集中管理系统的功能与其特殊要求还存在一定的差距,主要表现在如下。
1)缺乏对稳控数据的有效利用,系统应用大多仍停留在监视管理阶段。
2)不能实时评估离线制定的稳控策略、稳控装置的实际运行状态与当前电网运行工况是否匹配。
3)未能充分利用城市电网调度系统电网模型,实现对稳控装置切除负荷风险进行监控,与高可靠性供电要求不相符。
4)缺乏降低或消除稳控系统切负荷风险隐患的远程控制手段。
1 技术要求与现状分析
要解决现有稳控集中管理系统功能存在的不足,更好地满足大型城市电网的实际使用需求,需要落实以下技术条件:①具有区域稳控系统的调管权限;②电网模型覆盖低压网络;③建立稳控装置策略模型;④建立负荷线路与供电用户的关系数据库;⑤获取到稳控装置采集信息以外的负荷数据;⑥建立对远方稳控装置进行控制的审核机制。
在网省级电网中,一般仅能满足部分条件,如省级电网设备建模范围一般在220kV及以上,无法覆盖低压甚至配电网络,也就无法建立低压用户及负荷线路的关系数据库,而这些正是大型城市电网的优势。根据条件①可以实现城市电网稳控装置运行状态监视,采集稳控装置运行状态、控制元件电气量、相关压板或通道状态等;根据条件②和③可以实现稳控系统当值策略在线识别,预知电网当前运行工况下稳控装置的控制措施,再结合条件①则可以判断稳控系统当值可执行策略与离线制定的控制策略是否匹配,即离线制定的控制策略能否得到顺利实施、是否符合策略制定的预期;在此基础上,根据条件④可在线统计稳控系统控制措施执行后对供电用户的影响,包括会造成多少用户失压;条件⑤则弥补了稳控装置布点上的不足,有助于系统精确统计全网及各分区电网的总负荷;条件⑥可以为稳控系统切负荷可能产生的风险提供预防控制手段,即当稳控系统当前可执行控制措施量不足或会造成重要用户失压风险时,可以通过远方投退控制允切压板,增加当前可控制措施量或退出对重要用户的控制,来提高电网安全稳定裕度及供电可靠性。
为了更好地理解本系统如何解决并利用以上技术条件,有必要介绍一下稳控集中管理系统的结构。稳控集中管理系统主要由主站系统、通信网络、稳控装置三部分组成。其中,主站系统(以下若无特殊说明,稳控集中管理系统即为主站系统)设置在调度中心内。
从系统结构上,按照其与能量管理系统(EMS)的关系,主站系统经历了独立系统、一体化系统两个主要发展阶段[2,3,6]。独立系统具有规模小、建设成本低的特点,但需要与EMS通过网络进行信息交互,比较适用于局域电网或大型企业内部电网;一体化系统具有规模大,一次性投资大,结构复杂等特点,大多通过统一支撑平台共享EMS电网一次设备模型和实测数据等各类信息,与EMS共用数据库、工作站、交换机等硬件设备。目前大多电力系统调度机构一般采用一体化系统方案。
现代典型的稳控集中管理系统架构如图1所示,其中SCADA系统表示数据采集与监控系统。
2 稳控装置切负荷风险监控功能设计
基于上述条件,本文针对稳控装置切负荷风险监控设计以下应用功能。
1)稳控装置低频低压减载量统计。
2)稳控系统当值策略可实施性评估及控制量不足时辅助决策。
3)重要用户失压风险监控。
4)远程控制。
2.1 稳控装置低频低压减载量统计
本功能适用于接入稳控集中管理系统中的集成低频低压减载功能的稳控装置和第三道防线中的低频低压自动减载装置,目的是验证电网低频低压减载负荷实际配置量是否满足整定方案要求。
输入数据包括:①可控负荷线路实测功率、切除优先级、投停状态、允切压板状态、各轮次频率及时延、各轮次需切负荷量,这些信息可以从管理系统采集的稳控装置信息中直接提取;②电网各地区第三道防线中的低频低压减载就地装置各轮次实时可切负荷评估量和全网及各分区电网实时总负荷量,此信息从EMS以自定义文本文件方式固定1min(可设置)周期获取,可同时适用于独立主站系统以及一体化主站系统;③电网调度运行低频低压减载整定方案,此信息来自电网运行方式报告,录入系统数据库,定期更新维护。
该功能的总体思路是:首先,根据信息①计算出装置各轮次实时可切负荷评估量信息,并按地区统计出稳控装置各轮次实时可切负荷评估量;其次,结合信息②,通过累加稳控装置、就地装置可切量数值,得到全网低频低压减载各轮次实时可切负荷评估量,并计算可切负荷比例;最后,利用信息③来评估电网低频低压减载实时配置量是否满足要求。
本功能的关键点在于计算单个稳控装置各轮次实时可切负荷评估量[7]。计算稳控装置单条负荷线路可切除量时考虑了以下约束:当前功率大于定值“负荷线路投运功率”、负荷线路投退压板状态为“投入”、优先级非零、负荷线路功率方向为正;单个稳控装置切除负荷线路采用优先级高的负荷线路先切、同一优先级的所有负荷线路同时切除的原则。设Pfi x(m)为第m轮次需切除负荷量(装置整定定值),m≥1;Pld(n)为低频低压功能切除优先级为n的所有负荷实时可切量,1≤n≤16;Prange(m)为可供第m轮次切除的所有负荷功率,m≥1。具体算法说明如下。
1)基本轮第一轮实时可切量Prange(1)等于稳控装置参与低频低压整定的所有负荷线路可切功率之和,即。假设基本轮第一轮动作,实切负荷评估量等于1~N1优先级线路功率可切量之和,即,其中N1表示满足基本轮第一轮需切负荷量要求的实际切除的负荷对应的最低优先级,此时N1需满足。
2)基本轮第二轮实时可切量Prange(2)等于,即(N1+1)~16优先级线路功率可切量之和。假设基本轮第二轮动作,实切负荷评估量等于,即N1+1~N2优先级线路功率可切量之和,其中N2表示满足基本轮第二轮需切负荷量要求的实际切除的负荷对应的最低优先级,此时N2需满足。
3)依此类推,直至完成7个基本轮、2个特殊轮的可切量和实时可切负荷评估量计算。“特A轮、特B轮”与“基本轮和特殊轮”共用所有可切负荷线路,计算方法与基本轮第一轮和第二轮相同。
2.2 稳控系统当值策略可实施性评估及控制量不足时辅助决策
目前,国内稳控系统应用最为广泛的控制决策方式是离线决策、在线匹配方式,即根据电网可能出现的运行方式,设定相关的故障,通过大量的离线计算得出各种组合方式下为维持系统稳定所需采取的紧急控制措施,形成控制策略表,在实际运行中实现运行方式和故障类型的实时匹配[8,9,10,11],检索相应的控制措施进行决策。然而,在电网实际运行时发生了与控制策略匹配的故障时,稳控装置的控制策略表能否顺利执行受多方面因素的影响,如通道是否正常、出口压板是否投入、实际配置的可控制量是否满足策略要求等,任意一个环节出现问题都会导致无法全部执行离线制定的控制策略,就有可能造成“欠控”,导致电网事故范围蔓延,严重情况下可能造成大停电事故[12,13,14]。
因此,为防止稳控系统在电网紧急状态下出现“欠控”甚至“拒动”情况,非常有必要在事故前对稳控系统的控制策略可实施性进行评估,以提高稳控系统紧急情况下控制措施的可靠性。实现本功能需要两类主要输入数据:稳控系统实测信息、稳控系统策略模型。具体实现思路为:①基于结构化方法在主站系统建立稳控系统策略模型[15,16],包括方式定义、故障、动作判据、控制措施、约束条件等五大类内容;②以故障为索引,按照离线决策方式模拟稳控装置策略搜索逻辑,得出电网当前运行工况下需要采取的控制措施(Mp);③结合实测信息中稳控系统装置运行状态、通道状态、允切压板状态、待控元件投停状态、出口压板状态(智能型压板)等,综合得出实际可控制措施量(Mk);④对于双套配置(并列运行或主辅运行)的稳控装置,分别计算A套、B套装置当值策略需控制措施量Mpa和Mpb,若二者不一致,系统发出告警信息,提醒运行人员关注;⑤比较Mp与Mk,若Mp<Mk,认为稳控系统当值策略可以得到顺利实施,否则认为当值策略控制量不足;⑥在当值策略控制量不足的情况下,需要提前采取预防控制措施,有两种方式:增加稳控系统当前可控制措施量Mk,或调整电网运行方式,降低断面潮流水平,减少稳控系统当值策略需控制措施量Mp。
2.3 重要用户失压风险监控
大型城市党政机关、交通枢纽、学校、医院、商场、社区等配套设施较为集中,普遍具有人口密度大、重要用户密集的特点,对安全可靠供电的要求更高,对停电的容忍度极低,一旦发生停电事故,后果不堪设想,极有可能造成重要用户失压的风险。
本功能主要设计以下两部分内容。
1)评估稳控装置切负荷对供电用户造成的失压风险。输入数据包括:稳控系统实时数据、当值策略控制措施、低频低压减载量统计结果、供电用户与负荷线路关系数据库等,通过对稳控装置切除负荷线路关联的重要用户进行拓扑分析,统计可能影响或造成失压的各级重要用户数。重要用户受影响和失压的判定逻辑为:①对单路供电的用户,如果线路或者变压器都被切除,则认为该用户失压;②对于多路供电的用户,如果全部线路或者变压器被切除,则认为该用户失压;如果仅部分线路或者变压器被切除,则认为该用户受影响。为突出重点,兼顾功能实用性,本功能支持设置关注受影响或可能造成失压的最低等级。
2)提出规避或降低供电用户失压风险的措施。以失压用户级别来表征事故的严重程度,失压用户级别越高,表示事故越严重。当稳控系统切除负荷后存在供电用户尤其是重要用户失压风险时,则需要采取预防控制手段来规避该风险或降低该风险的危害性,但必须保证稳控系统的可控制措施量足够。控制措施主要包括:①调整待控负荷线路的优先级,将切除元件转移至与重要用户无关或更低等级供电用户的负荷线路;②退出存在失压风险的重要用户关联的负荷线路允切或功能压板,使之退出当值策略可控制措施空间,但同时需要投入其他与重要用户无关或低等级供电用户的负荷线路允切或功能压板,保证当值策略可控措施总量满足策略表要求。
2.4 远程控制
随着变电站无人值守的普及,如何在调度系统实现对稳控系统装置的远程操作成了调度管理部门关注的重点[17,18]。根据电网运行实际需求,远程操作内容一般包括:修改定值、投退软压板、切换定值区。通过此功能可以实现在调度系统侧根据电网运行方式需要,远方对装置运行定值进行调整,尤其适用于需要临时调整稳控装置运行定值,但由于自然条件限制无法实现快速就地操作的紧急情况,同时也可以为控制量不足辅助决策或切负荷风险控制措施提供实施手段。本功能前提是要保证操作的安全性和可靠性,为此本系统采取了以下措施。
1)引入双人操作监护机制,修改定值前进行操作权限和操作流程的审核。
2)遵循数据召唤,预修改,返校确认,修改执行,结果返回的控制流程。
3)整个过程完整记录操作人、操作时间、修改前后的值、操作结果等信息。
以远方修改稳控装置定值为例,具体的操作流程如图2所示。
3 工程应用
广州作为国内中心城市,是国家重要的经济、金融、贸易、交通、会展和航运中心。广州电网是南方电网交直流混联运行、西电东送的受端负荷中心之一,也是目前全国供电负荷密度最大的城市电网之一。中心城区覆盖了包括党政军、交通枢纽、传媒等重要用户以及大批商场、社区、人流密集区等重点关注用户,对安全可靠供电的要求更高。另外,广州电网自从广东电网分立后,全面接管广州电网范围稳控系统子站及执行站装置,迫切需要在调度自动化系统中实现对稳控系统运行状态集中监视以及切负荷风险监控。因此,本系统选择具有代表性的广州电网作为试点应用对象。
从系统结构上,广州稳控集中管理系统(简称本系统或系统)采用基于OPEN-3000统一支撑平台独立建设模式,主要考虑以下因素:①广州电网EMS处于更新换代期;②新系统采用的支撑平台与现运行系统平台不同;③新系统项目尚处于筹备阶段,无法满足本系统的建设进度要求。根据电力系统安全防护要求[19,20,21,22],系统安装在安全Ⅰ区,采用Linux安全操作系统。通过本系统的建设与应用,填补了广州电网对于稳控系统及装置集中监视的空白。为解决本功能需要的数据源问题,本系统从EMS导入电网一次设备模型和第三道防线实时可切负荷量以及电网实时分区负荷总量,以补充稳控装置数据。
从系统功能上,广州稳控集中管理系统集数据采集、集中监视、运行管理、风险评估预警、辅助决策、远程控制于一体,致力于构建实时化、精细化、高可靠性的监视控制决策系统,为广州电网的安全、经济运行保驾护航。
系统于2014年上半年完成安装调试工作,已接入木棉控制子站稳控装置信息,目前处于试运行阶段。系统充分利用了广州电网集省调、地调自动化系统于一体的优势,引入了重要用户与负荷线路关系数据库,实现了将调度系统监视范围扩展到供电用户层面,为稳控系统切负荷风险监控功能的实施提供了必要的数据条件。调度运行人员通过工作终端人机界面(包括图形和交互工具)从广州电网全局、各稳控系统、稳控站点3个层面对广州稳控系统全方位监控[23]。系统结构如图3所示。
在试运行期间,系统能够正确反映木棉稳控装置的运行状态,为广州电网稳控系统的正常运行提供坚强的技术保障。本系统在广州电网的实际应用情况如下。
1)实现对木棉稳控系统运行状态实时监视。如图4所示,可直观了解木棉子站与执行站装置的通道状态、装置运行状态等信息,并即时反映装置是否存在异常告警或动作事件,如木棉B套装置当前存在异常告警。可实时掌握稳控装置压板状态,以木棉A套装置为例,系统以现场装置压板布局绘制了压板监视图,见附录A。
2)可实时了解木棉稳控系统的异常告警信息。例如:2014年9月11日凌晨,从木甲线检修,木棉A套、B套装置从木甲线检修压板依次投入,线路状态变为停运(0),见附录B。
3)可即时获取稳控系统动作报告及录波数据文件等,用于事故后分析。如2014年7月23日11时8分,由于220kV木村甲乙线双回故障同时跳闸,触发木棉稳控系统动作,切除220kV潭村站、猎德站及天河站部分负荷,避免了220kV麒天甲乙线过载跳闸造成的中心城区大面积停电事故。事后分析人员从本系统提取即时保存的动作录波数据,为事故分析及BPA仿真计算提供了准确的运行数据,显著提高了事故分析效率及分析结果的准确性。
4)临时调整装置运行定值更便捷。2014年8月12日,由于500kV木棉站3号主变压器出现缺陷待处理,为确保在缺陷处理完毕前主变压器不过负荷运行,需紧急调整500kV木棉站稳控装置中的3号主变压器的过载动作定值。调度员使用本系统的远程控制功能,将500kV木棉站稳控装置中的3号主变压器过载动作电流定值从1 540A调整为1 150A、动作功率定值从1 185 MW调整为950 MW,有效保证了稳控系统(装置)在特殊或临时运行方式下满足电网安全稳定运行的要求。
试运行情况表明,本系统实现了广州电网稳控系统“异常状态有告警、危险状态有预警、紧急情况有报告、决策处理有依据、远程控制有手段”的目标,为稳控系统集中管理提供了智能化手段。不足的是,目前系统仅接入了木棉子站稳控装置,信息量较少,部分应用功能无法得到实际应用和体现,后期将结合稳控系统改造计划陆续接入其他的稳控装置,以丰富系统数据信息量,提高相关功能的应用程度,更好地服务于广州电网。
4 结语
本文提出的安全稳定控制装置切负荷风险监控系列功能紧密结合了大型城市电网的实际应用需求,充分利用了大型城市电网的数据资源优势,是对现有稳控集中管理系统应用功能的有力补充。在试点应用中,基本实现了稳控装置切负荷风险监控系列功能:提出了一种在线统计低频低压减载量统计方法;通过在调度侧建立稳控系统策略模型实现了稳控系统当值策略在线识别及可实施性评估以及控制量不足情况下的辅助决策支持;通过建立负荷线路与重要用户的关系数据库,实现了稳控系统切负荷重要用户失压风险评估功能;通过远程控制技术可以及时消除电网运行中存在的安全隐患和潜在风险,以提高电网安全运行裕度,提高城市电网供电可靠性。
稳定控制装置 篇6
关键词：原油稳定装置,加热炉,空气过剩系数,热效率,排烟温度,烟道挡板
1概述
萨南原油稳定装置加热炉为8.0 MW立式圆筒加热炉,设计处理原油350×104t/a,加热炉出口温度为130℃。该加热炉为负压炉,燃料为天然气,设有8个火嘴,主要由辐射室、对流室、燃烧器、余热回收系统、通风系统构成,采用强制通风方式,空气进入加热炉流程如图1所示。空气先通过加热炉上部空气预热器(余热回收)预热后,经鼓风机增压后进入辐射室,与燃料气混合燃烧,炉膛压力为-10~-60 Pa。运行中加热炉排烟温度在200℃左右,空气过剩系数在1.5左右,热效率在80%左右,耗气量为1.7×104m3/d。为了提高加热炉效率,减少耗气量,本文对空气过剩系数作了分析,通过改造、调整加热炉挡板控制面板,现场试验摸索空气过剩系数与加热炉各参数的关系规律,达到节能降耗的目的,经济效益显著。
2空气过剩系数对加热炉效率的影响
空气过剩系数为实际空气量与理论空气量之比,一般立式炉的过剩空气系数为1.05~1.15[1]。空气过剩系数过高,即通入加热炉的空气过多,会使炉膛出口温度升高,烟气量增加。由于烟气温度高于进入加热炉时空气的温度,这部分热量将随烟气排出,造成排烟温度升高,降低了加热炉的热效率。根据理论值,空气过剩系数(设计值1.15)每升高0.1,热效率降低0.5%~1%[2];反之,空气过剩系数过低,即通入加热炉的空气过少,会引起燃烧不完全,导致燃料气耗量增加,降低加热炉的热效率[3]。从运行数据上分析,萨南原油稳定装置加热炉空气过剩系数在1.5左右,因此,可判断空气过剩系数过高是造成加热炉排烟温度高、热效率低的主要原因。
3加热炉挡板控制面板改造
空气过剩系数主要由风门、气门和挡板合理调节来控制。该加热炉风门、气门采用的是自动配比,在保证燃料气压力在工艺范围内时无需人为操作风门、气门配比。因此,调节挡板开度为调整加热炉空气过剩系数的重要手段。但加热炉控制面板控制是调整为12个间断式挡位控制,每调整一个挡位挡板开度较大,参数变化也较大,无法实现精细控制,所以将控制面板挡位改为连续精确控制。
4空气过剩系数调整分析
根据生产实际对原油加热温度的要求,在调整燃料气量的同时,采取控制加热炉烟囱挡板的方法控制空气量,即控制空气过剩系数[4]。试验过程中当挡板开度达到22%时炉膛压力为-10 Pa,此时加热炉出现冒黑烟现象,说明空气量过少造成不完全燃烧,故未继续进行试验,具体试验结果见表1。
从表1、图2、图3可以看出,挡板开度从30%逐渐增加到100%,过剩空气系数从1.1增加到1.61,炉膛压力从-30 Pa降到-60 Pa,加热炉排烟温度从197.9℃增加到214.8℃,加热炉热效率明显降低(从84.92%降到77.3%),排烟损失增加,耗气量增加约23%;并且,过剩空气系数低于1.49后,加热炉效率升高较快。
因此,在保证原油加热温度的情况下,在调整燃料气量的同时,采取控制加热炉烟囱挡板的方法控制空气量,保证炉膛压力在-30~-50 Pa,提高加热炉运行效率,节约燃料气。如,当原油温度130℃时,加热炉挡板开度为40%~50%;当原油加热温度120℃时,加热炉挡板开度为25%~35%。通过调整加热炉挡板开度,每年可节约燃料气约67×104m3,节约费用约110万元。
5结论
通过对原油稳定装置加热炉空气过剩系数的分析及现场调整试验,得出以下结论:
1)空气过剩系数越高,加热炉排烟温度越高,排烟损失增加,耗气量增加,加热炉效率降低。过剩空气系数宜低于1.49,此时加热炉效率较高。
2)运行时控制炉膛压力在-30~-50 Pa,当原油处理量及加热温度在设计值附近时,加热炉挡板开度控制在40%~50%。
参考文献
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[4]吴国忠,王东,董国强.加热炉空气过剩系数优化方法[J].油气田地面工程,2005(3):32.
稳定控制装置 篇7
近年来,特高压输电因其技术上的先进性而被广泛和快速地应用到电力系统长距离、跨区域、大功率送电的场合,解决了常规输电线路损耗大、输送距离短、输送功率小的问题。银东±660kV直流输变电工程承担着西北电网“西电东送”的重要任务,保证该直流输电工程的安全稳定运行就成了电网和配套电厂最首要的任务。根据西北电网要求,该直流输电工程配套电厂均要配置电力系统稳定控制装置(以下简称稳控装置),当直流系统或750kV系统发生严重故障导致其安全受到威胁时,稳控装置动作并采取相应的控制措施,通过切除负荷线路、运行机组等设备来维护电力系统的稳定运行。银东直流西北侧安稳系统电厂机组包括华电灵武电厂一期2台600MW、京能宁东电厂2台660MW、神华国能鸳鸯湖电厂2台660MW、华电灵武二期2台1 060MW、大唐大坝三期电厂2台600MW、大唐景泰电厂2台660MW机组。京能宁东电厂于2011年6月安装投运了2套南瑞稳控SCS-500E稳控装置,负责将电厂2台机组、2条750kV线路的电流、电压、功率、主变压器运行/检修等信号实时采集上传到银东直流稳控系统的主站设备,用于稳控主站设备软件计算用,并接收主站发出的远方切机指令。子站设备接收到主站远方切机指令后,立即发出切机指令到相应机组的保护跳闸回路,以可靠地将机组切除。
京能宁东电厂稳控子站设备投运后运行稳定,没有发生过故障。但某年8月19日15时40分,电网故障造成银东直流系统单极闭锁,银东直流稳控主站设备发出切除京能宁东电厂#1机组指令,电厂稳控子站设备接收到远方切机指令,并发出切除#1机组指令,但#1机组没有被切除。
2 原因分析
电厂稳控子站“拒切机”事故发生后,经调查确认了“电厂稳控子站切机出口压板与允许切机压板投入不一致”是造成本次“拒切机”事故的根本原因,也就是说电厂稳控子站设备上没有同时投入2台机组允许切机压板、切机出口压板,仅投上了“#1机组允许切机压板、#2机组允许切机压板、#2机组切机出口压板”,没有投入“#1机组出口切机压板”。当故障发生时,银东直流稳控系统主站根据事先预定的“稳控装置切机策略”发出切除#1机组指令,但没有投入“#1机组切机出口压板”造成#1机组拒跳闸。
常规的跳闸出口压板是一个直观的断开点,便于运行人员判断装置的跳闸电路是否接通断路器的跳闸线圈,同时为装置的维护、定期检验和运行提供了极大的便利。但由于其特殊性,该压板投退仍长期停留在人工操作和校对的状态,这种模式往往依赖于运行人员的责任心、运行管理规定和运行人员操作技能,可靠性难以得到保证。由于稳控装置往往控制的一次设备较多,造成装置上设计的跳闸出口压板也较多,因此在实际运行过程中,由压板投退不当造成稳控装置不正确动作的现象时有发生。
3 解决方案
针对以上问题,如何实施对稳控装置跳闸出口压板的有效监测,准确掌握其投退状况,及时发现错误操作,进而最大程度地避免因压板误操作事故而导致的事故发生,消除稳控装置的这个隐形故障[1],保证稳控措施的有效执行成为急需解决的技术难题。为此,决定在原装置基础上采用ZNJL型智能压板对原装置压板进行改进,来解决原有压板无法准确检测的问题。
3.1 ZNJL型智能压板工作原理
ZNJL型智能压板外观如图1所示,测量原理如图2所示。ZNJL型智能压板采用非电量测量原理,本身测量部件与强电出口回路部分完全隔离后整合于一块压板模具上。当智能出口压板投退时,通过连接片的位移变化,进而改变压板自身的测量部位中感应线圈的磁通量,压板上的信号处理器通过传感器把磁通量的变化转换成高低电平的信号变化来反映压板投退状态[2]。在不影响原有跳闸出口回路的情况下,装置准确识别压板的投退状态,实现对压板投退位置的监视。该智能压板具有LED提示功能,能根据闪烁的状态灯直观判断压板投退位置状态,为检修、运行提供便利。
3.2 智能压板管理器
智能压板管理器构成如图3所示。智能压板管理器采集智能压板投退状态信息,并响应稳控装置召唤命令,将现场压板状态信息上传至稳控装置,接收并执行稳控装置下发的各类指令[2]。该管理器可实现压板投退预演功能,在稳控装置上实现投入逻辑预演,并下传至压板,在压板上予以提示(预演成功后需要投退压板的LED闪烁),避免人为因素造成的压板误投退。
3.3 稳控装置对智能压板的状态监控
ZNJL型智能压板采用12V高压总线方式与智能压板管理器相连,智能压板管理器通过RS-485网络与稳控装置相连。与稳控装置接口的每条RS-485总线可管理255个智能压板管理器;每个智能压板管理器可管理81个智能压板。智能压板的硬件完全相同,因此无需配置地址,智能压板管理器只需设定本屏柜压板总数和RS-485子节点地址即可。
稳控装置通过电厂调度数据网上传至西北电网调度主站[3],稳控装置人机界面与网调主站可共同监视智能压板的投退状态,可避免跳闸出口压板的误投和漏投,保证了稳控装置的准确性和可靠性。
4 效果评价
京能宁东电厂率先于2012年12月实施了稳控装置压板智能化改造,真正实现了银东直流西北侧安稳系统主站对电厂稳控装置跳闸出口压板状态的实时监测,确保了稳控装置“允切压板”和“跳闸出口压板”投退状态的一致性,确保在收到切机指令情况下可靠地将机组切除,保证系统快速恢复稳定。
5 结束语
配合电网对电厂稳控装置进行智能化压板改造,有效地防止了继电保护及自动装置拒动事故的发生,既保证了电网的稳定,也保证了电厂机组的安全;此外,还实现了西北电网对稳控装置统一的接入和管理,实时掌握现场稳控系统及装置的运行情况,对提高西北电网的安控管理水平具有重要意义。
摘要：针对电厂SCS-500E稳定控制装置因跳闸出口压板投退不当造成机组拒切除的问题,分析认为是装置常规压板本身存在的隐形缺陷所致,采用在原装置基础上对装置压板进行智能化压板改造,解决了装置压板投退状态无法实时监控的问题,实现了电网调度对稳控装置运行状况的全面掌握,提高了稳控装置运行的可靠性。
关键词：稳定控制装置,智能化压板,实时监控
参考文献
[1]夏志荣,罗毅,等.基于视觉信息的继电保护压板投退装置的自动识别研究[J].继电器,2005,33(4):41~44
[2]陈勇,李天宇等.跳闸出口智能压板在电网稳定控制装置的应用[C].中国电机工程学会年会,2014
稳定控制装置 篇8
关键词：流量稳定性,多泵供水系统,转速控制
流量计量是计量科学的重要组成部分,而流量标准装置作为流量计量的溯源体系,其研究和应用普遍受到各个国家、各种机构的重视。流量计量精度很大程度上取决于流量标准装置的性能指标[1],而供水系统为流量计的标定过程与科学研究提供稳定的水源,供水系统的流量稳定与否直接关系到流量仪表标定结果的准确性[2,3]。因此流量标准装置供水系统流量稳定性的研究对生产活动具有重要的意义。
装置供水系统主要采用水塔稳压方式、变频稳压方式和变频加稳压容器的稳压方式。其中, 以水塔稳压方式的流量稳定性最高,稳定性水平优于0. 1% 。但由于建设水塔的费用较高、占用空间较大,且压头有限,目前采用较多的供水方式为变频加稳压容器的供水方式。虽然这种方式较水塔法更加经济实用,且可以通过变频控制节约电能,但其流量稳定性与水塔相比仍有一定差距, 目前普遍仅能达到0. 2% 的稳定性水平,而且检定管线口径越大、流量越大,标准装置需要的稳压容器也越大。目前,国内外流量标准装置建设水平较高的有德国联邦物理技术研究院( PTB) 及美国国家标准化局等。其中PTB的可变温动、静态质量法热水流量装置的供水系统,采用水塔与变频相结合 的稳压方 法,测量流量 范围为3 ~ 1 000m3/ h,其扩展不确定度达到了0. 04%[4]。PTB的冷水流量装置,流量稳定性控制回路包括调速泵的转速控制回路、高位水塔的液位控制回路和检定管线上的流量控制回路。通过3个闭环回路的协同作用,共同控制系统的流量稳定性[5]。美国标准化局采用变频稳压的方法,在750 ~ 12 000m3/ h的大流量范围内其水流量标准装置的流量稳定性达到0. 086%[6]。
笔者设计了一种基于水泵转速闭环控制的多泵供水系统控制方案,使流量稳定性优于0. 1% 。
1 供水系统流量稳定性影响因素
图1所示为笔者设计的多泵供水系统结构, 该系统的3台90k W水泵分别由一台90k W的变频器和两台软启动器控制,3台水泵并联使用为DN200 ~ 400mm的检定管线供水。水泵是供水系统的核心设备,水泵自身的输出稳定性直接关系到整个系统的流量稳定性。水泵出水的稳定性受两方面影响,一是水泵的机械结构,二是水泵电机的转动稳定性。
在电机稳定转动的情况下,由水泵叶轮叶片产生的流量高频脉动对流量稳定性影响较小,也可选用品质更好的水泵改善。另外,一般管网和小型消气容器的容积即可平滑这种高频脉动。
由水泵的工作特性可知,水泵电机转速变化直接导致水泵工作点发生移位,导致较大的流量变化。由于供水系统的流量稳定性主要取决于电机转速的稳定性,笔者提出了基于转速控制的变频稳压系统。
2 多泵供水系统控制方案
2. 1 水泵工作点
流量标准装置供水系统水泵工作点由水泵性能曲线和管道系统特性曲线共同决定[7],如图2所示。
水泵特性曲线表示水泵在工作时流量Q与扬程H的关系,如图2中的曲线1所示。水泵特性曲线,在出厂时已确定,一般满足关系式:
式中H0———水泵最大扬程;
Hs———水泵吸水性能参数。
管道特性曲线表征管道中流量Q与扬程H之间的关系,如图2中曲线2所示。
2. 2 水泵相似定律
水泵相似定律表述了满足几何相似、运动相似、动力相似的水泵,其功率P、扬程H、流量Q与转速n之间的关系,是研究水泵供水系统控制方案的重要工具,具体如下:
相似定律可以表征水泵工作在不同转速情况下的功率、扬程、流量之间关系。水泵工作在额定转速n1时的特性曲线方程为:
联立式( 2) 、( 3) 并将式( 5) 代入,可得到不同转速情况下的水泵特性曲线。
因水泵特性曲线式( 5) 满足式( 1) ,任意转速n*情况下水泵特性曲线满足以下公式:
将式( 1) 代入式( 6) ,整理得任意转速情况下的特性曲线公式:
可见,任意转速情况下的特性曲线是额定转速特性曲线平移得到的曲线簇,如图3所示。
2. 3 控制策略及补偿算法
对于多台水泵并联使用的情况,若每台水泵都配有变频器,则每台水泵都可以组成独立的转速反馈控制系统,应用上述方案加以调节。但变频器成本较高,为节约成本,可选择一台水泵用变频器进行调速控制,其他水泵用软启动器完成启、停控制,构成多泵单控控制系统。由于软启泵启动后处于工频运行状态,无法调节转速,一旦其转速产生变化,只有在引起管道压力变化之后,通过主回路的压力反馈控制调速泵。采用PID控制逐步调节,不但存在滞后,而且调节速度慢,无法满足流量标准装置对流量稳定性的要求。因此笔者提出针对软启泵的转速补偿控制方案,系统框图如图4所示。其中,以压力反馈控制作为外环,变频泵转速的设定值为n*,调节流量点。当调节至相应流量点后,进入流量稳定性控制,此时变频泵采用转速反馈控制,软启泵以转速变化作补偿控制。
本方案中软启泵采用补偿控制,与变频泵采用的反馈控制组成复合控制系统。监测软启泵的转速,如果软启泵的转速发生变化,则可以通过水泵的相似定律,直接计算出此时变频泵的转速增量,从而补偿软启泵的转速变化。这比仅仅采用PID反馈调节变频泵转速,明显具有更快的控制速度。
3 多泵供水系统流量稳定性实验
将上述算法扩展到如图1所示的3台水泵并联,其中泵3为变频泵,泵1、2为软启泵。软启泵转速发生变化后,调节变频泵转速进行补偿。
根据文献[8、9]中的相关规定,流量稳定性有两种评价方法,分别为累积时间之内稳定性和累积时间之间稳定性。累积时间之内流量稳定性反映的是标准装置完成一次检定的测量时间之内流量的变化情况。累积时间之间流量稳定性反映 的是标准装置在检定过程中,各次测量之间流量的变化情况。在实际检定中,则取二者中较差的结果作为评价装置最终流量稳定性的指标。每个性能指标都应在最大流量、最小流量下进行测量, 取其中较差的作为衡量指标。
实验中每个流量点检定30min,用数据采集板卡每1s采集一次标准表脉冲,每1min计算一次累积时间之内的流量稳定性,每10min计算一次累积时间之间的流量稳定性。取其中较差的作为流量稳定性衡量指标。标准表为电磁流量计, 安装在被检表之前。
在流量装置DN400mm管线最大 流量点 ( 1 410m3/ h) 连续测试30min,获得的流量稳定性数据见表1。装置各个口径检定管线的流量稳定性见表2。由表2可见,各口径下的流量稳定性均优于0. 1% 。
4 结论
4. 1水流量装置供水系统的流量稳定性主要取决于水泵电机转速的稳定性和管网阻力稳定性。
4. 2供水系统多泵并联,当一台泵可控,其余泵不可控时,可以基于水泵特性曲线和水泵转速检测,利用补偿法,通过调整变频泵转速补偿工频泵的流量变化,提高流量稳定性。
4. 3实验结果表明,在水泵转速闭环控制情况下,进行水泵转速变化精确补偿,水流量装置的累积时间之间流量稳定性优于0. 1% 。
参考文献
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[8]JJG 164-2000,液体流量标准装置检定规程[S].北京:国家质量监督检验检疫总局,2000.
温度稳定的闪烁探测装置 篇9
随着科学技术的不断深入发展,核技术作为一种特殊技术领域,最近几十年有较大发展并在各领域得到广泛应用。核技术已成功应用于工业、医药、石油、化工、农业、环保等多个行业。随着自动控制技术的发展和自动化水平的提高,“同位素仪表”在工农业生产自动化过程控制中,对生产中的质量控制、提高生产效率和安全生产发挥了重要作用,体现出了良好的应用前景,并逐步形成稳固的地位。
闪烁探测器是目前使用最广泛的核辐射探测器之一,闪烁探测器是微光测量,特别是极限微弱光探测技术的重要探测器。它具有分辨时间短、探测效率高等优点.因此,在很多领域中用闪烁探测代替了其它探测器。由于同位素检测仪表大多应用在环境条件恶劣的现场,尤其在工业现场较为恶劣的环境中应用时,现场参数变化大(如温度、湿度、其它干扰等),昼夜温差和季节温差的变化幅度相当大,有时这种变化幅度会高达20~30℃,所以同位素仪表中的闪烁探测器会受到环境温度的影响,如不采取相应的温度补偿措施会给测量带来极为不利的影响,导致测量的不稳定,使测量精度大大降低严重的情况下会造成无法正确测量。
本项目正是针对上述问题而提出的,项目主要为了减弱环境温度因素给测量造成的影响,增强闪烁探测器在测量及使用中的稳定性和可靠性。提升同位素核仪表在使用过程中的竞争力。本项目就是针对闪烁探测器在测量形式及结构等方面进行优化没计,并加以补偿,提高测量精度及稳定性。
2 测量和控制原理
2.1 闪烁探测器组成及工作原理[1]
闪烁探测器由晶体、光电倍增管、分压电路、运算放大器、壳体组成.射线照射到碘化钠晶体上,碘化钠晶体即发出闪烁的可见光,这种可见光被光电倍增管接收,经逐级倍增放大最终形成电脉冲信号,经过放大输出给单片机做运算处理.见图1。
2.2 控制原理
在相同环境条件下,辅探测器只接收放射源发射来的信号,信号经过放大处理后,送入单片机。主探测器接收与物质作用后的射线,信号经过放大处理后,也送入单片机。由于辅助探测器只接收来自放射源的脉冲,因而其接收脉冲能力和数量变化,受环境因素(温度、湿度等)影响大,其它因素影响较弱。基于此,可以认为主探测器和辅探测器在相同环境条件下时,辅探测器的性能变化,主探测器也相应表现相同或相似性能.主探测器和辅探测器传送给单片机的脉冲,经过数据处理,数学建模等运算处理,温度等其它共同影响因素可被消除掉,从而达到减弱温度因素影响,提高测量精度和准确性的目的。补偿形式如图2和图3所示。
图中数字标识介绍:
1:放射源及容器;2:辅探测器;3:主探测器;
2.3 函数表达
由射线理论可假设射线与物料存在如下函数关系:
在实际应用中,主探测器除接受与物料作用的射线产生一定的脉冲计数率以外,还要受到环境温度变化的影响,这可用下面的公式来表达:
式中:f(A)为与物料作用产生的脉冲计数率;
T(t)为脉冲计数率受温度影响系数;
N 1为主探测器采样计数值;
理论上讲,辅探测器固定接收辐射源所发出的射线而产生的脉冲计数率是固定不变的,但在实际应用中它与主探测器一样会受到环境温度变化的影响,这可用下面的公式来表达:N2=N0×T′(t)
式中:N0为固定脉冲计数率;
T′(t)为脉冲计数率受温度变化影响系数;
N 2为辅探测器采样计数值;
探测器的温度变化规律都是相同的,不同的探测器其温度变化系数成固定的比例关系,根据辅助探测器的温度变化规律,即可补偿主探测器的温漂变化。T(t)≈C×T′(t),C为常数.
令M=N1/N2=f(A)×T(t)/(N0×T′(t)),则M≈C/N0×f(A),C/N 0为一常数,由此可见f(A)只与物料有关而与温度基本无关。
3 电路设计
3.1 电路单元简介
物位计采用以单片机C8051F410芯片为核心并加上相应外围电路构成,见图4。
3.1.1 传感器
采用集成放大器TLV2624为核心元件构成的振荡器电路。由于传感器是整个仪表的核心,其性能的好坏直接关系到仪表的测量指标。这里对测量影响最大的因素就是温度。
为此,选择了温漂较小的集成放大器TLV2624,其工作温度是-55℃~125℃,电压温度漂移7u V/℃。另外振荡器的周围元件的阻容搭配也很关键,通过试验,电阻采用的是270-300ppm的负温度系数电阻,电容是采用温度特性最佳的云母电容。
3.1.2 单片机[2~5]
C8051F410单片机的性价比很高,片内含32KB闪速可编程/擦除存储器,2304BRAM,24个I/O口,4个1 6位定时/计数器,1 6位可编程计数器阵列,6个捕捉/比较模块,可满足控制仪表要求。它主要实现以下功能:
a)为系统测量提供精确的定时器;
b)通过计数器T 0,T 1分别获取探测器信号,并将其进行数据处理;
c)控制显示芯片zlg7289的工作。
d)在面板上提供按键功能,以便进行数据修改和存储。
e)输出继电器和指示灯控制信号。
f)提供在线编程端口。
f)模拟I 2C接口,控制数据掉电保护芯片、温度控制芯片的工作。
3.2 仪表电磁兼容
仪表有时会在带有强静电的场所中使用,如果不采取保护措施就会造成仪表损坏。即使是一般的尖脉冲噪声的突入,也会引起电子设备及电脑的误动作,甚至造成设备本身的损坏。因此,抑制消除这种干扰是必要的。为此采用了TVS瞬态电压抑制器,消除雷电干扰及防止静电的产生,从而改善保护了电子线路的特性,极大的提高电子设备的可靠性和使用寿命,用以确保产品的高质量。
4 软件流程
编程思想:采用自顶向下的程序设计思路,模块化编程和结构化编程相结合的思想,仪表在功能上实现了自诊断,自修复等一些实用性操作,在自诊断程序中涵盖了ROM,RAM,开机,总线,输入通道以及周期性自检等多方面的检测,保证了仪表的可靠性使用。在数据处理方面,采用算术平均值滤波法,以保证测量的准确性同时也保证了仪表工作时的稳定性。
5 结束语
本文所介绍的单辐射源发射双探测器接收的测量形式,有效的降低了环境温度对闪烁探侧器的影响。采用这种方法研制的仪表结构简单、体积小、可靠性高、维护量小、造价低。工业现场应用实践表明,其较好地解决了环境温度对闪烁探测器的影响,使得仪表的稳定性和测量精度大大提高。温度稳定的闪烁探测装置的出现,将在一定程度上改变工业应用现场目前存在的状况,其应用前景非常广泛。
参考文献
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