热电负荷实时在线监测系统在电厂中的应用

苏昌达

(大唐环境产业集团股份有限公司,北京100097)

1 概述

随着国家经济的高速发展和人民生活水平的不断提高，社会对供电、供热的需求量和质量要求也越来越高。与此同时，电力负荷特性也发生了较大的变化，电网峰谷差正在逐年增大，电网调峰日益困难。特别是在冬季供热期，调峰更是十分困难。热电联产机组热电负荷实时监测系统即基于这一目的而开发的。理论分析和电厂实际运行能力表明，在一定供热量的条件下，通过对主汽流量、抽气压力、低压缸通流量等参数的调整，供热机组具有一定的电负荷调整安全范围。因此，供热机组热电负荷实时监测系统的搭建和运行，不仅能够解决供热期热电联产机组调峰问题，而且能够全面精益化实现“以热定电”的热电厂负荷调度与管理方式。

热电负荷实时在线监测系统通过在热电联产电厂安装热电负荷实时在线监测子站装置，采集供热机组的主要参数，包括主汽流量、主汽温度、主汽压力以及抽汽流量、抽汽压力、抽汽温度、发电功率等，并将采集的数据实时发送到在电力调度中心的热电负荷实时在线监测系统，实时掌握各热电机组的热电比、节能比等指标，模型运算处理得出真实的机组效率，按照国家的产业政策通过上网电量计划的调度，以达到优化能源结构、节能降耗的目的，创造了明显的社会效益和经济效益。

2 热电负荷实时在线监测系统功能

2.1 实现对区域内热电联产机组实时运行参数的远程集中监视。

2.2 对热电联产机组的供热、发电运行参数实现高精度的数据采集与传输。

2.3 实时监测热电厂总出口供热管道的供热流量、温度、压力参数。

2.4 实时监测热电厂中各机组的抽排汽流量、温度、压力参数。

2.5 实时监测热电厂向电网的供电量及各机组发电机的发电量。

2.6 实时显示各电厂热电比、全厂供热量和全厂发电量以及实时采集数据的当天运行工况曲线图，模拟出在定压运行工况相应的供热条件下负荷调整区间曲线，掌握各供热机组在当前供热水平下电负荷的调整能力，为合理调度提供科学合理的依据。

3 热电负荷实时在线监测系统简介

供热机组热电负荷实时在线监测系统可实现对省或地区的热电联产机组的热电负荷数据的实时采集、传输及远程监测，系统可容纳多个子站。系统结构示意图如图1。

图1 热电负荷实时在线监测系统结构示意图

热电负荷监测子站实时采集供热机组锅炉出口过热蒸汽的温度、压力、流量，抽排汽流量、温度、压力以及机组发电有功功率、发电量、总的发电有功功率及总发电量，存储于子站中，通过以太网、VPN、GPRS/CDMA通讯将采集的数据传送至电力调度中心，然后经过数据处理，包括量程变换、数据容错、冷端补偿、流量补偿、累积值计算等，根据蒸汽的流量、压力、温度进行焓、熵计算，模拟出在定压运行工况相应的供热条件下负荷调整区间曲线，得出真实的机组效率，为合理调度提供依据。

4 热电负荷监测系统具体应用

某电厂采用KLD-8400热电负荷监测子站采集锅炉及机组数据，由于电厂锅炉及机组控制采用DCS控制系统，故从DCS系统采集数据比较方便、经济。数据通过和利时开发的OPC通讯软件上传，存储于子站，按照统一的数据传输规约发送到中心站的数据库中，子站至少可存储10天的原始数据。当上传通道出现故障恢复后，可以响应主站的历史数据补召，从而保证数据的完整性。数据在中心站统一存储保存、分析利用。

4.1 子站硬件系统构架图（如图2）

图2

DCS接口机：设置一台DCS接口机，根据DCS系统厂家提供的OPC通讯规约开发相应的数据采集软件，将所需数据采集并存储于监测子站。

Linux子站：硬件采用符合工业标准的工控机，子站配置两块网卡，一块连接数据采集交换机，负责采集所需数据；另一块网卡连接外网交换机，负责向主站发送实时数据。子站操作系统选用Linux，数据库选用MYSQL。单向物理隔离装置：选用电力专用单向物理隔离装置，可以报文形式单向传输、数据库单向同步、实时数据流单向广播等不同环境的应用。脉冲装置：负责电厂监测子站设备与主站数据传输的安全隔离。CDMA无线模块：由于电厂与主站没有光缆连接，故采用CDMA无线方式进行连接。

4.2 子站软件系统构架图（图3）

图3

监测子站实时数据处理系统运行于一主一备两台Linux接口机上，采用Linux操作系统和MySQL数据库。软件分为数据采集、数据库、实时数据显示、历史数据查询及实时数据发送等五个独立模块。

数据库：系统化设计实时数据库，存储10日（可根据需要调整）内的子站数据。数据表结构采用横向设计，有效的减少数据的条数，可以保证数据库的连接性能。

数据采集：峰峰孙庄矸石热电厂所需上传数据取自于DCS系统，开发一个独立的采集模块，实现热网所需数据的采集。本采集模块的开发需要电厂协调DCS厂家进行支持（因为需要DCS系统的数据采集规约）。

实时数据发送：读取数据库中的实时数据，按照通信规约封装报文并以TCP方式发送实时数据到主站。同时接收主站的时钟数据帧进行系统校时、接收主站召唤时钟命令帧进行本地时钟上报、接收主站的热电历史数据命令帧进行历史数据上传。

实时数据显示：滚动显示正在发送的实时数据到显示界面上,方便用户了解正在发送的数据值。

历史数据查询：以机组编号、测点编号以及时间点来查询数据库中的历史数据。方便用户与主站核对上传的数据值，并提供历史数据导出到EXCEL表格的功能，方便用户进行报表管理。

数据计算：由于各数据源系统中的数据单位或量程与子站要求有可能不同，本系统根据需求对数值进行修改后存储于数据库。

4.3 热电厂端结构示意图（图4）

图4

5 结论

5.1 供热机组热电负荷实时监测系统的投产运行，实现了供热机组热电负荷实时监测的现代技术管理。

5.2 该系统增强了电网调度对供热机组的分析和控制水平，推动“以热定电”调度模式向精益化调度方向发展，为加强“三公”调度提供了技术手段和科学依据。

5.3 该系统实时监测供热机组的主汽流量、主汽压力等供热参数，能够计算出供热机组当前采暖供热量条件下的电负荷调整位置，使电网调度能够实时掌握供热机组的调峰能力，有助于解决供热期电网调峰困难问题。

5.4 主站系统存放的海量历史数据，可为将来热电方面的数据挖掘做更深层次的研究提供数据基础，同时可逐步实现对火电机组烟气污染物排放监测和节能发电调度等功能。