CN102709948A - 一种余热回收汽轮发电机组综合控制与保护装置及综合控制与保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种余热回收汽轮发电机组的综合控制与保护装置及综合控制与保护方法，装置包括控制计算机、电压传感器、电流传感器、通信单元、以及故障保护与报警信号单元；电压传感器和电流传感器安装在发电机输出线路上,并通过模拟连线与控制计算机相连；控制计算机还有电压及无功控制信号单元。方法包括发电机的恒功率因数控制、汽轮机有功功率控制、发电机电压调节与频率调节、发电机与电网并网等步骤。本发明的优点是：集成度高，结构简单，体积小，成本低，安装方便，调试工作量小，适用范围广，具有高效和高可靠性，能与上位机通信，实现集中监控与诊断的目的。方法优点包括自动化程度高、易于操作、稳定可靠。

Description

一种余热回收汽轮发电机组综合控制与保护装置及综合控制与保护方法

技术领域

本发明涉及一种余热回收汽轮发电机组的综合控制与保护装置及综合控制与保护方法，属于电***中的控制技术领域。

背景技术

现有的余热回收汽轮发电机组的控制***分发电机控制部分和汽轮机控制部分，汽轮机控制部分一般均有专用的集成化的控制器控制。发电机组的控制和保护则采用分立的单功能器件构成，如图3所示；发电机组的并网控制和发电机组的逆功率、过流、过压、单相接地、电网失电以及发电机有功测量和发电机组的无功控制等均采用分立的单功能器件，通过这些单功能器件的控制来实现发电机组的各种保护及与市电并网和输出功率因数固定的无功功率等功能。汽轮机控制器则实现控制有功功率的输出功能。由于现有技术分立的单功能器件多，存在的缺点有： 1、不能与上位机通信，不利于集中监控与诊断；2、控制***本身存在结构性成本大，包括耗材较多；3、每个单功能器件需单独安装、调试和校正，增加调试的复杂性和人工成本；4、过多的单功能器件还一定程度上影响整机的可靠性；5、占用的安装空间大，配套的控制柜体积相应较大。

发明内容

本发明的一个目的是：克服现有技术中的缺点，提供一种集成度高，成本大大减少，性价比好，结构简单，体积小，安装方便，调试工作量变小，适用范围广的余热回收汽轮发电机组的综合控制与保护装置，发电机组的无功控制等集成在该装置中，全面提升原有控制***的性能，不但能取代现有技术中原有的由分立单功能器件构成的控制***，而且具有高效和高可靠性地完成发电机组的并网控制，以及发电机组的逆功率、过流、过压、单相接地、电网失电和发电机有功测量，能与上位机通信，实现集中监控与诊断的目的。

本发明的另一个目的是：提供一种使用本发明的上述装置对余热回收汽轮发电机组进行综合控制与保护方法，该方法主要通过控制计算机来实现，方法简便、自动化程度高、易于操作、稳定可靠。

本发明余热回收汽轮发电机组的综合控制与保护装置的技术方案是：

一种余热回收汽轮发电机组综合控制与保护装置，它包括控制计算机、电压传感器、电流传感器、通信单元、以及故障保护与报警信号单元;所述电压传感器和电流传感器安装在发电机输出线路上, 并通过模拟连线与控制计算机相连,用于测出发电机组输出电压、电流和电网电压,并将所测参数送到控制计算机计算发电机的有功功率、无功功率、功率因数、电网电压、电网频率以及发电机电压、发电机频率，经判断处理后，实现发电机的保护和控制；所述控制计算机还连接有：一个与发电机的自动电压调节器连接的电压及无功控制信号单元；一个与汽轮机控制器连接的速度控制信号单元及有功功率输出信号单元。

所述余热回收汽轮发电机组综合控制与保护装置，其故障保护与报警信号单元通过与计算机连接，输出故障保护信号与报警信号，实现发电机过欠压保护、过欠频保护、电网失电保护、逆功率保护以及单相接地保护。

所述余热回收汽轮发电机组综合控制与保护装置，其控制计算机分别与发电机开关状态信号单元、电网开关状态信号单元、发电机电压测量信号单元及三相电流测量信号单元连接，采集所连接单元的信号，经通信单元将发电机电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数以及发电机运行状态传给上位机，实现上位机远程监控。

所述余热回收汽轮发电机组综合控制与保护装置，其电压传感器是电压互感器，控制计算机通过三相电压测量信号单元与电压传感器连接；电流传感器是电流互感器，控制计算机通过三相电流测量信号单元与电流传感器连接。

所述余热回收汽轮发电机组综合控制与保护装置，其控制计算机是ARM计算机。

所述余热回收汽轮发电机组综合控制与保护装置，其控制计算机上设置的仪器包括参数显示仪、通讯控制仪和有功功率变送仪。

使用本发明的综合控制与保护装置对余热回收汽轮发电机组进行综合控制与保护方法的技术方案，包括下述步骤：

A、发电机的恒功率因数控制：

控制计算机计算出有功功率及无功功率的大小，经电压及无功控制信号单元输出4～20mA控制信号给发电机的自动电压调节器，用于实现发电机的恒功率因数控制；

B、汽轮机有功功率反馈及频率控制：

控制计算机 经有功功率输出信号单元输出4～20mA有功信号给汽轮机控制器，用于汽轮机有功功率控制的功率反馈信号，由汽轮机控制器实现汽轮机有功功率控制；经速度控制信号单元用于并网时汽轮机的频率控制。

C、发电机电压调节与频率调节：

控制计算机计算出发电机电压、电网电压、发电机频率、电网频率以及发电机与电网的相角差，经电压及无功控制信号单元输出4～20mA控制信号给自动电压调节器，经速度控制信号单元输出开关量增减信号给汽轮机控制器，实现发电机电压调节与汽轮机频率调节；

D、发电机与电网并网：

发电机输出电压、频率和相位与电网电压、频率、相位满足同期并网的条件后，控制计算机通过发电机出口开关分合控制单元输出控制信号给发电机出口开关，实现发电机与电网并网；

E发电机保护与报警：

控制计算机计算出发电机输出电压、电流和频率与设定值进行比较和判断，经故障保护与报警信号单元输出发电机过欠压保护、过欠频保护、电网失电保护、逆功率保护以及单相接地保护信号并报警；

F、远程监控：

控制计算机计算出发电机电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数以及发电机运行状态，经通信单元与上位机通信，将这些参数传给上位机，实现上位机远程监控。

附图说明

图1为本发明所述装置的结构的示意图；

图2为本发明所述装置的控制***原理示意图；

图3为现有技术中的控制***原理示意图。图中各附图标记的名称为：1－控制计算机，2－电压传感器，2.1－三相电压测量信号单元，2.2－三相电压测量信号单元，3－电流传感器，，5－通信单元，6－发电机，，6.1－自动电压调节器，7－汽轮机，8－汽轮机控制器，9－电压及无功控制信号单元， 11－速度控制信号单元，12－有功功率输出信号单元，13－发电机开关状态信号单元, 14－电网开关状态信号单元, 15－故障保护与报警信号单元，16－发电机出口开关分合控制单元。 

具体实施方式

结合附图和实施例对本发明作进一步说明如下：

实施例1：如图1、2所示，是本发明装置的基本实施例。一种余热回收汽轮发电机组综合控制与保护装置，它包括控制计算机1、电压传感器2、电流传感器3、通信单元5、以及故障保护与报警信号单元15;所述电压传感器2和电流传感器3安装在发电机6输出线路上, 并通过模拟连线与控制计算机1相连,用于测出发电机组6输出电压、电流和电网电压,并将所测参数送到控制计算机1计算发电机6的有功功率、无功功率、功率因数、电网电压、电网频率以及发电机电压、发电机频率，经判断处理后，实现发电机6的保护和控制；所述控制计算机1还连接有：一个与发电机6的自动电压调节器6.1连接的电压及无功控制信号单元9；一个与汽轮机控制器8连接的速度控制信号单元11及有功功率输出信号单元12。所述故障保护与报警信号单元15通过与计算机1连接，输出故障保护信号与报警信号，实现发电机6过欠压保护、过欠频保护、电网失电保护、逆功率保护以及单相接地保护。所述控制计算机1分别与发电机开关状态信号单元13、电网开关状态信号单元14、发电机电压测量信号单元2.1及三相电流测量信号单元3.1连接，采集所连接单元的信号，经通信单元5将发电机电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数以及发电机运行状态传给上位机，实现上位机远程监控。所述电压传感器2是电压互感器，控制计算机1通过三相电压测量信号单元2.1与电压传感器2连接；电流传感器3是电流互感器，控制计算机1通过三相电流测量信号单元3.1与电流传感器3连接。所述控制计算机1是ARM计算机。所述控制计算机1上设置的仪器包括参数显示仪、通讯控制仪和有功功率变送仪。

实施例2：与实施例1不同的是一个具体较优的技术方案：控制计算机1是采用32位ARM单片机，硬件集成度高，液晶显示LCD 为132x64，带背光，中文、英文及其他多种语言可选界面操作，PC机通过USB接口调整控制器参数，通过RS485接口单元调整及监测；通信单元5具有用RS485通讯接口，利用MODBUS协议能实现遥控功能。

实施例3：是使用本发明装置对余热回收汽轮发电机组进行综合控制与保护方法的实施例，方法步骤如下：

A、发电机的恒功率因数控制：

控制计算机1计算出有功功率及无功功率的大小，经电压及无功控制信号单元9输出4～20mA控制信号给发电机的自动电压调节器6.1，用于实现发电机6的恒功率因数控制；

B、汽轮机有功功率反馈及频率控制：

控制计算机1 经有功功率输出信号单元12输出4～20mA有功信号给汽轮机控制器8，用于汽轮机7有功功率控制的功率反馈信号，由汽轮机控制器8实现汽轮机有功功率控制；经速度控制信号单元11用于并网时汽轮机的频率控制；

C、发电机电压调节与频率调节：

控制计算机1计算出发电机电压、电网电压、发电机频率、电网频率以及发电机与电网的相角差，经电压及无功控制信号单元9输出4～20mA控制信号给自动电压调节器6.1，经速度控制信号单元11输出开关量增减信号给汽轮机控制器8，实现发电机6电压调节与汽轮机频率调节；

D、发电机与电网并网：

发电机6输出电压、频率和相位与电网电压、频率、相位满足同期并网的条件后，控制计算机1通过发电机出口开关分合控制单元16输出控制信号给发电机出口开关，实现发电机与电网并网；

 E、发电机保护与报警：

控制计算机1计算出发电机6输出电压、电流和频率与设定值进行比较和判断，经故障保护与报警信号单元15输出发电机6过欠压保护、过欠频保护、电网失电保护、逆功率保护以及单相接地保护信号并报警；

F、远程监控：

控制计算机1计算出发电机电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数以及发电机运行状态，经通信单元5与上位机通信，将这些参数传给上位机，实现上位机远程监控。

结合本发明的技术方案、原理对本发明的显著技术效果说明如下：

汽轮机控制器采用WoodWard 公司的SC505，用于汽轮发电机的有功控制。SC505检测现场压力、发电机有功功率、汽轮机转速、并网状态，经运算处理后，输出4-20mA控制信号控制汽轮机调节阀开度，从而达到控制汽轮机有功功率大小的目的。本发明的综合控制与保护装置实现汽轮发电机的无功控制，汽轮发电机的并网，汽轮发电机的各种电气保护，并输出有功信号给汽轮机控制器SC505。综合控制与保护装置在并网之前，检测发电机电压，电网电压，分别送出控制信号给汽轮机控制器和自动电压调节器AVR，以控制发电机频率、电压，当满足同期并网条件后，控制发电机出口开关合闸，与市电并网。综合控制与保护装置检测发电机电压、电流，计算发电机有功功率并输出4-20mA信号给汽轮机控制器，作为汽轮机控制器有功反馈信号。同时综合控制与保护装置根据检测到的有功功率，按固定功率因数方式，输出控制信号给自动电压调节器AVR，以实现对发电机的无功控制。在发电机运行过程中，综合控制与保护装置实时监测发电机电流、电压、逆功、电网频率变化率以实现对发电机的各种电气保护和报警。综合控制与保护装置通过通讯方式将发电机各种参数传递给上位计算机，用于上位机的集中控制。更具体地说：

1、控制计算机作为中央控制单元，采用32位ARM单片机，硬件集成度高，液晶显示LCD 为132x64，带背光，中文、英文及其他多种语言可选界面操作，且可现场选择，方便工厂调试人员试机。实现多种参数的精密测量，定值调节及定时阀值整定等功能，可使用PC机通过USB接口调整控制器参数，又可使用PC机通过RS485接口单元调整及监测，其结构紧凑，接线简单，可靠性高。

2、将汽轮发电机各种保护及并网、无功功率控制、有功测量集成于该装置中，检测发电机电压、电流信号，电网电压信号，各开关状态量信号，经软硬件滤波处理后，计算发电机有功、无功、逆功、电流、电压、电网电压、频率变化率等参数，并对相关参数判断处理。输出各种保护及控制信号。

3、采用RS485通讯接口。利用MODBUS协议可实现遥控功能。

4、输出4-20mA有功测量信号给汽轮机控制器，作为汽轮机控制器功率反馈。  

5、输出为4-20mA信号给发电机AVR（自动电压调节器）实现并网时发电机电压控制和并网后发电机自动恒功率因数控制。

6、输出开关量控制信号给汽轮机控制器，实现并网时对汽轮机速度控制，以实现发电机频率与电网频率同步。

本发明权利要求保护范围不限于上述实施例。

Claims (7)

1.一种余热回收汽轮发电机组综合控制与保护装置，其特征在于，它包括控制计算机(1)、电压传感器(2)、电流传感器(3)、通信单元（5）、以及故障保护与报警信号单元（15）;所述电压传感器(2)和电流传感器(3)安装在发电机(6)输出线路上, 并通过模拟连线与控制计算机(1)相连,用于测出发电机组(6)输出电压、电流和电网电压,并将所测参数送到控制计算机(1)计算发电机(6)的有功功率、无功功率、功率因数、电网电压、电网频率以及发电机电压、发电机频率，经判断处理后，实现发电机(6)的保护和控制；所述控制计算机(1)还连接有：一个与发电机(6)的自动电压调节器（6.1）连接的电压及无功控制信号单元（9）；一个与汽轮机控制器(8)连接的速度控制信号单元（11）及有功功率输出信号单元（12）。

2.根据权利要求1所述余热回收汽轮发电机组综合控制与保护装置，其特征在于，故障保护与报警信号单元（15）通过与计算机（1）连接，输出故障保护信号与报警信号，实现发电机(6)过欠压保护、过欠频保护、电网失电保护、逆功率保护以及单相接地保护。

3.根据权利要求1所述余热回收汽轮发电机组综合控制与保护装置，其特征在于，控制计算机(1)分别与发电机开关状态信号单元（13）、电网开关状态信号单元（14）、发电机电压测量信号单元（2.1）及三相电流测量信号单元（3.1）连接，采集所连接单元的信号，经通信单元（5）将发电机电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数以及发电机运行状态传给上位机，实现上位机远程监控。

4.根据权利要求1所述余热回收汽轮发电机组综合控制与保护装置，其特征在于，所述电压传感器(2)是电压互感器，控制计算机(1)通过三相电压测量信号单元（2.1）与电压传感器(2)连接；电流传感器(3)是电流互感器，控制计算机(1)通过三相电流测量信号单元（3.1）与电流传感器(3)连接。

5.根据权利要求1所述余热回收汽轮发电机组综合控制与保护装置，其特征在于，所述控制计算机(1)是ARM计算机。

6.根据权利要求1所述余热回收汽轮发电机组综合控制与保护装置，其特征在于，所述控制计算机(1)上设置的仪器包括参数显示仪、通讯控制仪和有功功率变送仪。

7.一种使用上述任何一个权利要求所述的装置对余热回收汽轮发电机组进行综合控制与保护方法，其特征在于，包括下述步骤：

A、发电机的恒功率因数控制：

控制计算机（1）计算出有功功率及无功功率的大小，经电压及无功控制信号单元（9）输出4～20mA控制信号给发电机的自动电压调节器（6.1），用于实现发电机(6)的恒功率因数控制；

B、汽轮机有功功率反馈及频率控制：

控制计算机(1) 经有功功率输出信号单元（12）输出4～20mA有功信号给汽轮机控制器(8)，用于汽轮机(7)有功功率控制的功率反馈信号，由汽轮机控制器（8）实现汽轮机有功功率控制；经速度控制信号单元（11）用于并网时汽轮机的频率控制；

C、发电机电压调节与频率调节：

控制计算机(1)计算出发电机电压、电网电压、发电机频率、电网频率以及发电机与电网的相角差，经电压及无功控制信号单元（9）输出4～20mA控制信号给自动电压调节器(6.1)，经速度控制信号单元（11）输出开关量增减信号给汽轮机控制器(8)，实现发电机(6)电压调节与汽轮机频率调节；

D、发电机与电网并网：

发电机(6)输出电压、频率和相位与电网电压、频率、相位满足同期并网的条件后，控制计算机(1)通过发电机出口开关分合控制单元（16）输出控制信号给发电机出口开关，实现发电机与电网并网；

E、发电机保护与报警：

控制计算机(1)计算出发电机（6）输出电压、电流和频率与设定值进行比较和判断，经故障保护与报警信号单元（15）输出发电机(6)过欠压保护、过欠频保护、电网失电保护、逆功率保护以及单相接地保护信号并报警；

F、远程监控：

控制计算机(1)计算出发电机电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数以及发电机运行状态，经通信单元（5）与上位机通信，将这些参数传给上位机，实现上位机远程监控。

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