一种压缩空气储能电站的全站控制系统及控制方法与流程

本发明涉及压缩空气储能领域，尤其是一种压缩空气储能电站的全站控制系统及控制方法。

背景技术：

1、伴随着新型电力系统新能源发电占比不断提升，电网压力持续增加，辅助调节资源的价值日益凸显，压缩空气储能电站作为大规模、长时储能特点迎来了发展机遇。压缩空气储能机组的效率提升、成本下降推动了压缩空气储能产业化进程，未来压缩空气储能装机规模有望加速提升。压缩空气系统在调峰和调频方面具有重要的作用，同时可以作为系统的备用容量，改接电网的负荷率，提高了经济性，使系统中大型发电机组的负荷波动减小，提高了大机组的可靠性。压缩空气储能系统将可再生能源储存起来，在用电高峰释放，可显著提高可再生能源的利用率。压缩空气储能成为未来高效、低碳、安全利用能源的发展趋势。

2、压缩空气储能系统包含压缩、膨胀、蓄热、蓄冷、节流等复杂热力学过程，是典型的多过程非线性耦合的系统；同时它又不同于传统热力学循环系统，压缩空气储能系统的储能与释能过程分时工作，并不形成封闭的热力循环。控制系统用于监测、调整和控制工艺流程，根据实时监测到的参数和设定的目标，对工艺流程中的各种操作进行调节和控制，以保持工艺流程在合适的状态，确保系统的高效率、稳定性和安全性。

技术实现思路

1、本发明需要解决的技术问题是提供一种压缩空气储能电站的全站控制系统及控制方法，网络结构灵活、可靠、安全、可扩展性强，能够满足压缩空气储能电站多过程非线性耦合系统的要求。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

3、一种压缩空气储能电站的全站控制系统，按纵向网络层次包括依次设置的实时控制层、生产级监控层和厂级管理监控信息层；实时控制层设置横向网络子系统；所述横向网络子系统包括压缩机控制子集、膨胀发电机控制子集、储/换热系统控制子集、电气系统控制子集、辅助车间控制子集和安防监控监控子系统。

4、本发明技术方案的进一步改进在于：实时控制层采集并处理压缩空气储能电站压缩机、膨胀发电机组、储/换热系统和辅助车间的参数；

5、所述实时控制层包括过程控制站和数据采集站，数据采集站直接与检测仪表和执行机构相连，完成工艺过程数据的采集和处理，并对工艺过程进行控制和监视；数据采集站由过程通道单元接收由现场设备送来的信号，并对其进行转换和处理之后通过光缆或通讯电缆送到控制系统中的过程控制站的主控制单元部分；过程控制站包括过程通道单元和主控制单元，过程通道负责信号的转换，主控制单元负责运算处理。

6、本发明技术方案的进一步改进在于：生产级监控层包括生产级人机接口及外围设备和高级应用服务网，生产级监控层完成实时数据监视、性能计算、耗差分析、设备状态监测、故障诊断和集中监视操作处理功能；生产级人机接口及外围设备包括操作员站、工程师站和历史站、打印机、实时数据库服务器、数据分析服务器、计算服务器和网络安全监管平台；

7、厂级管理监控信息层是控制系统结构中最上面的一级，包括管理人员人机接口及外围设备；所述厂级管理监控信息层功能包括指标考核、统计分析、报表管理、设备寿命管理，包括生产调度、系统协调、质量控制、制作报表、收集运行数据和进行综合分析。

8、本发明技术方案的进一步改进在于：压缩机控制子集控制压缩机及其辅机的启动、停止和运行模式，并对主机的工作状态进行监测，做到故障时及时预警；所述压缩机控制子集采集空气压缩系统各种仪表阀门设备的工艺流程信号，完成系统内不同工况下的控制信号联锁，以确保压缩空气流程按需进行，并根据电网状态和需求进行调节。

9、本发明技术方案的进一步改进在于：膨胀发电机控制子集控制膨胀机及其辅机的启动、停止和运行模式，并对主机的工作状态进行监测，做到故障时及时预警；所述膨胀发电机控制子集采集膨胀发电机各种仪表阀门设备等的工艺流程信号，完成系统内不同工况下的控制信号联锁，确保在需要时将储存的压缩空气转化为电能，以满足电力系统的需求。

10、本发明技术方案的进一步改进在于：储/换热系统控制子集采集储气装置的压力、温度、湿度信号，并通过一系列联锁保护动作，确保在不同工况下，储气装置的各项参数保持在工艺要求范围，同时根据储气装置的参数及时调整系统内其他设备、阀门等的状态，在需要时提供稳定的膨胀过程；热交换控制是为了最大程度地利用压缩控制系统内产生的热量，确保系统的热效率和能量转换效率；对热交换系统中的各个部分的温度、压力等状态进行实时监测，并根据整体系统的工况调整系统内各设备的工作状态，设置联锁保护等安全运行保障措施，以确保系统始终在安全高效的温度范围内运行。

11、本发明技术方案的进一步改进在于：电气系统控制子集监控膨胀发电机组发电并网送出系统、压缩机供电系统、站用电系统，保证事故紧急情况下，机组能够安全停机。

12、本发明技术方案的进一步改进在于：辅助车间控制子集管理辅助车间系统，包括仪用压缩空气系统、制氮系统、氮气定压系统、软化水系统、冷却水系统和污水处理系统；确保辅助车间系统内设备的有序、安全稳定运行。

13、本发明技术方案的进一步改进在于：安防监控监控子集包括全厂闭路电视监视系统和全厂门禁系统，确保压缩空气储能电站的人员及设备安全。

14、一种压缩空气储能电站的全站控制系统的控制方法，包括以下步骤：

15、s1、现场实时控制层通过光缆及通讯电缆将数据传输至生产级监控层，在集中控制室生产级监控层实现多机一控方式；

16、s11多台机组共用一个集中控制室，采用压缩机控制子集，膨胀发电机控制子集，储/换热系统控制子集，电气系统控制子集，辅助车间控制子集，安防监控监控子集集中监控方式，按一体化配置分散控制系统，实现全部通过生产级监控层操作员站监控；电气系统控制子集的监视和控制也通过生产级监控层的操作员站在集中控制室监控，不再单独设置电气网络控制室；

17、s12运行值班员按单元机组设岗，在集中控制室以生产级监控层操作站为监控中心，实现机组的自动启/停、正常运行监视控制和异常工况及事故的处理；

18、s13不设辅助车间控制网络，各辅助系统通过辅助车间控制子集采用集中控制方式，与机组合设一个集中控制室，各辅助系统分别按照运行特点和工艺专业的划分直接纳入辅助车间控制子集；在集中控制室生产级监控层的操作员站上完成对辅助车间监控，实现辅助车间就地无人值班；

19、s2、生产级监控层采集来自各机组和辅助车间的实时生产信息，实现生产过程信息采集处理和监视、性能计算、机组经济性指标分析、运行优化和设备操作指导等功能；

20、s3、厂级管理监控信息层整合生产级监控层信息，实现全厂生产经营活动的信息化、数字化管理；安防监控监控子集通过单项隔离装置为厂级管理监控信息层提供所需的有关安防信息。

21、由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

22、1、本发明最大限度的优化控制系统网络层级，具有系统结构灵活、简单、紧凑等优点，不仅适合小型压缩空气储能电站的控制特点又满足大型压缩空气储能电站各系统的运行需要。

23、2、本发明中，各主要设备均纳入全厂控制网络，取消了原主机设备自带的控制系统，减少了各系统间之间的连接接口，提高了运行、操作、维护的灵活性，同时提高了电站运行的连续性和可靠性。

24、3、本发明中，取消了常规火电的sis系统，把sis系统的与生产层相关的功能实时数据监视、性能计算、耗差分析、设备状态监测和故障诊断下放到生产级监控层，将与上层管理相关的功指标考核与统计分析、报表管理、设备寿命管理纳入厂级管理监控信息层，简化了网络层次。

25、4、本发明中，程控制站和数据采集站，电子机柜靠近设备布置，取消了辅助车间就地控制室，不仅利于现场的运行、维护，同时节约工程造价，便于工程应用及推广。