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1、前言本系统是一种小水电站完全无人值班综合自动化控制系统，采用分层、分布式，数字化、 网络化架构，整个系统分现场实控网（也称现地控制单元或现场总线）、现场网络、基于互联 网远程网络监控中心，采用自主研发的硬件模块和软件平台，完成水电站测控、同期、交流 量采集、励磁、调速、保护、输配电、直流电源系统、水位（水库、前池、尾水的水位）等现场 监控操作、远程网络监控操作。远程监控中心或监控机，通过互联网、现场网络实时采集、监控各水电站的各现场实控 网（如发电机实控网、输配电实控网、水位监控实控网、直流电源实控网）中的参数，并进行 数据处理和保存，由监控中心进行动态监管，及时掌握各被监控水电站的各发电机组
2、、输配电 设备情况，杜绝安全隐患，实施智能化调度运行.一、技术特点和主要功能（一）技术特点：1. 开放性的网络：监控中心将以太网、互联网当通道，可直接访问、操作现场实控网的内存和引脚；2. 系统可互访，实时性强；3. 系统结构有高度分散性，现场环境的强适用性；4. 系统具有极高的性价比；5. 系统通信安全性高；6. 全数字化通信。（二）主要功能：1. 对发电机组,可实现远程或现场开、停机，按设定的有功、无功运行；可远程或现场 调节有功、无功。2. 可远程或现场监控、采集发电机运行参数、输配电设备状态及其电参数和非电参数、 直流电源系统参数，具有应急报警功能；后台计算机可根据用户需要将采集参数进
3、 行分析和存储，对存储数据可历史查询.3. 可远程或现场设定发电机运行参数及其保护整定值，可设定主变、线路保护整定值；4. 可远程或现场监控、采集水库（或前池）水位、尾水水位，根据水位智能调节发电机 负荷，最大程度的有效利用水力资源,提高发电效益，并分析各小电站的各机组发电 效率.5. 有远程拍照、录音功能，具有图像、音频存储、回放等功能。二、整个系统功能说明本系统采用分层、分布式，数字化、网络化架构，整个系统分现场实控网、现场网络、 基于互联网远程网络监控中心，可完成水电站测控、同期、交流量采集、励磁、调速、保护、 输配电、直流电源系统、水位（水库、前池、尾水的水位）等现场监控操作、远程网络
4、监控操作。 其系统框图如下：注：11个电站前现场网绯6多可以有五套实控刚H道理发电机的发电机实控网、管理主 尊 缅的制己电席控吼 管理直流电遍的直疏电源实控网、负责水库或前池水位和 尾水水位测控的水位沥腔实控风 静海设备的实控网等L浪含音频解像机每个远程监控中山理论可以监控2勇爵5琲个电站。技术路线图如下:无人值班水电站现场监控机变压器水库水位测皇系藐单座电站无人值班电站技术路线示意图多座电站无人值班技术路线示意图系统流程（以开停机指令来说明系统流程）：远程开停机是指通过远程监控机（中心）对发电机组进行开机和停机指令的操作。当需 要进行远程开机时，远程监控机发送开机指令通过互联网，先到达服务器
5、，然后由服务器转 发到指定的现场网络。现场网络接收到开机指令后，将指令发送到发电机实控网。由于指令 中指定了哪个发电机开机，所以只有指令中指定的发电机实控网才会执行该任务。发电机实 控网接收到开机指令后，将依指令执行开机任务，并启动回信给现场网络告知指令已执行。 现场网络接到发电机实控网的回信则继续将回信上传至远程监控机。最终远程监控机通过分 析回信信息、监控发电机参数得知指令执行情况。远程停机流程与开机流程一致。A、远程监控中心功能说明本系统提供专业水电站的技术服务，由通信服务器和若干监控中心组成，主要包括：1）基于互联网,提供远程监测、控制技术服务，只需通过电脑上网即实现远距离监控、操 作
6、发电机设备等电站设备；2）提供电站调节优化运行、故障诊断和数据统计分析（如推力轴承温度统计分析）等各种业务服务。3）提供发电机组效率分析,总结发电机发电效率曲线.4）每个监控中心管理多个电站，提高管理效益。（一）系统安装a）系统安装配置要求i. 操作系统：windows 2000/2003/XP 或以上ii. CPU： intel 奔腾 2 代 200MHZ 或以上iii. 硬盘空间：大于10Giv. 内存:大于256Mb）将“小水电站完全无人值班综合自动化控制系统”安装文件夹拷贝到电脑中，并打开 该文件夹.c）单击setupo exe开始安装系统，如图一文件 斓晾窟看枝It（j工具（I精助如
7、 JF :馈瓠-夕I学素女件夹 -电址也）I Lj D: 5、让电盐完全无人SHF绿告巨的化瘀U点炕三 装到文泮和文件夹住舞*适命名这个女卅暮动迁个工件复利这TX伴格逸个火件发而到V-b1?.*亍果伴律式家匡此X匝院这个总件P 5俱 MSB 0萨时xsbf.b*-应用程序0D：）魅EH空挡口共享立档】城的电知F ：间上邹N幢t性.：2应用程序修改曰财中超年T月8日屋 裕一Q.OD丈小：IZH KE图一d）依照系统提示进行安装，如图二小水电站完全无人值班综合自动化控制系统安装程序e）选择路径，单击左方图标确认安装小水电站完全无人值班综合自动化控制系统安装程序图三软件名称及版本号 7 f）填写开始
8、菜单中快捷方式名称,如图四小水电站完全无人值班综合自动化控制系统安装程序图四g）完成安装，如图五小水电站完全无人值班综合自动化控制系统安装程序图五（二）.系统首页系统首页如图六所示。（以下截图都是以某一小水电站三个梯级电站完全无人值班综合控制系统为例的界面）| 曹 1 :(小*鹰竦芫生天水处班尊存口协盅空制羸域-B&荏辰泛一坂界面1图六（三）.系统登录a）单击开始菜单，选择程序一-小水电站完全无人值班综合自动化控制系统，单击系统快 捷方式，启动系统，如图七Vinddvs Catalog0i爵卜卜k摆素ks）远行.fe林鼬遂撞峻弟动睥卜:jNwftVM 独让&收版 监）浦祝2园翻闫麴-苗 un
9、一 som-djiq-SX留.林醐完泓翻舶弱他谶倒注销 IdriiaisbratarlX)-图七b）系统启动后进入如下界面，单击上方菜单中的“通信方式选择”菜单项，进入通信方 式选择界面。打开通信方式选择界面后，打开下拉菜单，选择通信方式，此处我们选 择以太网方式.单击确定按钮，进入登录界面（选择数传和modern无需进行登录）如 图八图八c）进入登录界面后选择客户机号，输入密码，单击登录按钮。如图九|当irtift僖才in:心闷|当m费御机金：sir*软件名称及版本号 10图九（四）.系统监控a）进入三级站监控项目选择界面后，可选择要监控的项目。此处我们选择301号发电机 为例。单击“301
10、F”按钮，进入301号发电机监控界面。如图十灵潭电站三级站监控弗迷排蒙湖项目30IF3O2F直流系境 辑保系航当.赎花相：哭!屈当町切昭:TUE1图十b）进入301号发电机监控界面,如图十 软件名称及版本号 11小3用萄完至无槌资妹自口描化控制运趣-唳济三勰堆我琴花荽控图十一c）301号发电机监控界面功能详述：1、扫描参数功能（1）、单击“开始扫描“按钮，系统发送指令远程扫描发电机各项参数，依次显示于界面中。（2）、单击“停止“按钮，停止扫描参数。如图十二后白肯理小宣予ig信方式途障 序藐蜓姓斧1凯*尺堂电站三缰站301发电机开机 停机出口开苦I切合 异叶开度 构嵌f幕统电压Wl A时E&回-
11、1.1发电机电压V）u旧盹*v431C.出口一 1施电氏vHv）阳直隘电 ftifUDl106-9电ga ITT e|ww稣C）推力街1轴承1；如命C有却物购1|I37. !?震电机阴al27-7移功率g 1|；住.J鬲有勘调节翩阊节术校调节指嗷设定虫界面 &S当酢硼方丑:心同甘药蚤最机号：NE图十二2、开机、停机功能（1）、开机：单机“开机”按钮，系统开始向发电机发送开机指令，系统自动弹出开机状态窗口，实时显示开机状态 如图十三小水购乌全讦A值班综台自盅控B素藻后白管理员登呆通信方携择赧耕撤浙0出口开关系争电压重电机电压1电流00amr c)开始扫描灵潭电站三级站3。1发:电机开机| =松皿
12、旬_开机状那碟阀已开导叶已到空拳在脚已到空幸位正在等费并网并网成#己帝上JS定有功无勘园荷开机成勘1球电励融电菰IHM水书1厂有功功率PM)无砌率购)晚设定主熟Q返回当B1值信才式：成太间当前登录机号；TIOOOIrr图十三(2)、停机:单机“停机”按钮，系统开始向发电机发送停机指令，系统自动弹出停机状态窗口，实时显示停机状态 如图十四图十四3、有功调节功能单击“有功调节按钮，弹出有功调节窗口。系统会读取原有功功率显示于窗口中，用户在文本框中输入目标有功功率，单击确定按钮，系统将自动修改有功功率.如图十五图十五4、励磁调节功能单击“励磁调节”按钮，弹出励磁调节窗口系统首先读取原功率因数，用户可
13、在对话框中输入目标功率因数，单击“确定”按钮，系统将自动修改功率因数。如图十六图十六5、水位调节功能单击“水位调节”按钮，系统将根据当前水位自动修改有功功率6、参数设定功能单击“参数设定”按钮，进行修改各项系统参数.（四）.后台管理a）系统启动后，选择“后台管理员菜单，单击菜单后，系统弹出登录界面，输入正确用户名密码，提示登录成功，进入管理员模式。如图十七图十七b）进入管理员模式后，系统界面上方菜单项会显示2项新菜单（任务表管理、用户管理）， 用于后台管理.c）单击“任务表管理”菜单后进入任务表管理界面，能对现有任务数据表行进编辑增 加删除等操作.d）单击“用户管理”菜单后，进入用户管理界面，
14、能对所有用户信息进行编辑增加删 除等操作。（此权限仅限管理员账户能进行操作）B、现场实控网采用当前国内先进的宏晶公司STC系列单片机（比传统的51系列速度快5倍以上，具备 双串口、A/D转换,PWM、SPI、PCA等功能），利用RS232或RS485技术，自创主研发了实控 网这嵌入式小系统现场总线，在这基础上，研发发电机实控网、输配电实控网、直流电源实 控网、水位测控实控网、公共设备实控网等现地控制单元。在现地控制单元中每个控制模块 的现场总线部分与控制部分完美结合在同一个CPU中。1、发电机实控网发电机实控网采用全数字化水电站架构，现场智能化调控发电机导叶开度、励磁、并网软件名称及版本号 1
15、7 以及实时监控发电机运行的各种运行参数，全方位控制发电机运行的各个环节,能实现完全无人值班的情况下保证发电机正常运行。发电机实控网系统框图如下：1）主机（0#机）：负责整个发电机实控网的通信.2）并网器（1#从机）：负责测三相电压、并网，过压、低压保护.3）励磁控制器（2#从机）、励磁控制盒：调励磁、测温.4）导叶控制器（3#从机）：并网前负责调速，并网后负责调有功。5）测量保护器（5#从机）:负责测三相电流、有功、无功，负责速断、限时速断、过流、过 负荷保护。6）后备保护器（4#从机）：负责进水蝶阀的开、关，同时做为后备保护，当发电机实控网故障时，负责简单监测发电机运行或停机。7）上网机（
16、7#从机）：供上互联网用.8）显控仪（8#从机）：现地“嵌入式终端显控仪”,负责发电机运行参数的显示和开、停机.9）水阻：甩负荷时，消耗水能，以防飞车。10）电流变换盒:对电流互感器的二次电流变换成电压，供测量保护器和后备保护测量用。11）电源：负责整个发电机实控网直流供电。2、输配电实控网：是负责主变线路同期、保护、测量电压、电流、有功、无功的现地控制 单元。3、直流电源实控网：是负责直流电源的电压电流的测量、保护控制，蓄电池充放电管理及 其性能检测。4、水位测控实控网：负责水库或前池水位和尾水水位的测控.5、公共设备实控网:负责公共设备的测控。C、现场网络现场网络是连接现场实控网和远程网络
17、监控机的中间网络，能实现现场实控网与互联 网的对接，并能通过以太网（目前采用广州致远公司生产的IPort）、GPRS等多种不同方式保 证现场实控网与挂在互联网的远程网络监控中心对接，同时考虑没有在互联网的地方，通过 Modern（有线）、无线数传引入到有互联网处，接入互联网，实现现场实控网与远程监控中 心的对接，还考虑到在距离电站1000M以下的现场监控。多信道的接入是为了可靠解决 发电机现场完全无人值班，远程开、停机和监控发电机运行状态、以及管理水电站。现场 网络网图如下：1）现场主机：负责整个现场网络的通信，对内通过RS485接入各现场实控网，对外通过以 太网（IPORT或28J60）、G
18、PRS接入挂在互联网的网络监控中心，或通过MODEM、无 线数传接入互联网。2）以太网现场从机:负责接入互联网。3）GPRS现场从机：负责接入互联网.4）MODEN现场从机：在没有互联网和GPRS信号的情况下，负责引入到有互联网处， 接入互联网。5）无线数模现场从机：在没有互联网和GPRS信号的情况下，负责引入到有互联网处,软件名称及版本号 19 接入互联网。6）监控从机：负责接入处在距离电站1000M以下地方的现场监控机，由现场监控机实现 开、停机和监控发电机运行参数，提供电站调节优化运行、故障诊断和数据统计分析（如推力轴承温度统计分析、提供发电机组效率分析）。（现场监控机根据实际情可以 选
19、择电脑，或嵌入式终端显控仪）7）音频、图像现场从机：负责音频、图像的上传到远程监控中心或现场监控机。（现场监 控机根据实际情可以选择电脑，或嵌入式终端显控仪）8）音频、图像现场从机：负责音频、图像的上传到远程监控中心或现场监控机.D、系统通信安全技术1. 服务器的防火墙主要是从如下几方面考虑：1）服务器认可的登录机号、密码；2）服务器认可的数据格式；3）服务器认可的IP范围；4）登录机号的唯一性；5）管理人员的授权。2. 监控中心的防火墙主要是从如下几方面考虑：1）管理人员的授权2）用户密码；3）服务器认可的机号、密码；4）认可的数据格式。3. 现场网络的防火墙主要是从如下几方面考虑：1）服务
20、器认可的机号、密码；2）认可的数据格式；3）程序由本公司用汇编或C语言自主编写4. 现场实控网的防火墙主要是从如下几方面考虑：1）认可的机号；2）认可的数据格式；3）认可的命令码。4）程序由本公司用汇编或C语言自主编写三、本系统有四个重要的创新：1、提出“SKW实控网现场总线”（专利号：）这一嵌入式小系统现场总线的技术理论，解决小水电站自动化控制系统性价比低的问题，该现场总线实现了多个CPU的内存、引 脚共享，互访实时强，互访一次最小时间W5ms ，最大时间W60ms。2、项目创新性采用多信道接入的现场网络技术，有效解决发电机现场完全无人值班，远程 开、停机和监控发电机运行状态、以及管理水电站的技术难题。3、项目自主设计开发了一种“水电站自动水阻控制系统”（专利号：2011201396915），实现 了水轮发电机甩负荷时，根据甩负荷前，其发出的有功P与电压，自动调节水阻R， 使之符合R=U2/P。4、项目创造性地采用嵌入式终端显控仪（专利号：）作为人机交流的监控机，嵌入式终端显 控仪仿传统屏柜界面，解决了农村小水电站因运行人员因文化素质低，不懂电脑操作， 怕电脑，又要实现电站完全无人值班的问题。
