中小型水電站的控制系統設計論文
摘要:自動(dòng)控制系統能提高水電站運行管理的自動(dòng)化水平以及改善系統維護人員的工作條件和環(huán)境，使水電站有人值班變成“無(wú)人值班”。本文就水電站的特點(diǎn)和水電站控制的目的過(guò)渡到自動(dòng)控制系統的設計思路，為以后水電站自動(dòng)控制系統研究提供參考經(jīng)驗.
關(guān)鍵詞:中小型水電站;自動(dòng)控制系統;特點(diǎn)目的;設計思路
水電站的主要動(dòng)力來(lái)源是水輪機組，不僅結構簡(jiǎn)單，所需輔助設備也不多，容易實(shí)現少人管理和自動(dòng)化。另外，水輪機組開(kāi)停便捷迅速，調整方便。水輪機組從靜止狀態(tài)過(guò)渡到滿(mǎn)負荷運行一般只需要1-2分鐘，能靈活調頻、調相和調峰，發(fā)生事故時(shí)還能備用。水電站的耗電量?jì)H占同期發(fā)電量的百分之一，既降低了控制系統的發(fā)電成本、耗煤量，又提高了系統運行的經(jīng)濟性。
1水電站特點(diǎn)
隨著(zhù)我國社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展，水力發(fā)電的程度也越來(lái)越高，因為水利發(fā)電既無(wú)環(huán)境污染，對洪水的防治也有一定作用。水電站在運行的時(shí)候不消耗任何燃料，所以不會(huì )產(chǎn)生粉塵、廢渣等有害物體，因此對環(huán)境無(wú)任何污染。水力發(fā)電受徑流影響較大，而徑流在年際間或年內經(jīng)常出現變化較大的現象，盡管多數水電站能借助水庫的調節能力減小這種現象的影響程度，但是無(wú)法完全平衡徑流的變化。水電站在豐水期發(fā)電量大，但是在枯水期由于缺乏水力而達不到相應的發(fā)電量，正是這種自然條件的制約，形成了水電站發(fā)電量變化大的特點(diǎn)。
2水電站控制目的
2.1提高水電站設備運行的安全性和可靠性
水電站設備在運行的時(shí)候經(jīng)常會(huì )出現不正�；蚴鹿实默F象，如果運行人員在處理事故的時(shí)候誤操作，很有可能使事故產(chǎn)生其他危害。如果在水電站運行中加入自動(dòng)控制裝置，則可有效避免事故的發(fā)生。當設備運行不正常的時(shí)候，自動(dòng)控制系統就會(huì )發(fā)出警報，以引起設備運行人員的注意：當水電站設備發(fā)生故障的時(shí)候，自動(dòng)控制系統能及時(shí)停機，避免事故擴大化，為水電站設備運行的安全性和可靠性提供保障。
2.2減少勞動(dòng)人員，降低水電站運行成本
水電站自動(dòng)控系統幾乎取代了設備操作人員對水電站設備的調節控制，使得設備運行人員對設備操作的工作量大大減少，真正讓水電站從有人值班變?yōu)樯偃酥蛋嗷驘o(wú)人值班，實(shí)現自動(dòng)控制系統的作用。由于操作人員的減少，水電站的很多基礎設施都會(huì )相應減少，在操作人員減少的同時(shí)，水電站的發(fā)電成本和運行費用也有所降低。
3中小型水電站自動(dòng)控制系統設計思路
早期水電站計算機控制系統因為技術(shù)和價(jià)格的影響而以集中式為主，水輪發(fā)電機組的監測、輔助設備的監測，線(xiàn)路監測等都僅由一套計算機來(lái)完成。由于計算機性能的限制，集中式水電站控制系統還無(wú)法代替傳統的自動(dòng)控制系統，例如：輔助設備的控制、機組的停開(kāi)機控制等都是由傳統的自動(dòng)控制系統來(lái)完成。而集中式計算機控制系統主要監測的也僅僅是線(xiàn)路電流、機組、電壓功率等參數，由于需要完成的項目太多，導致計算機控制的速度、實(shí)時(shí)性比較差。此外，因為只有一臺計算機，如果出現硬件或軟件故障，所有的自動(dòng)控制系統都將崩潰，可靠性比較低。隨著(zhù)計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，計算機應用已經(jīng)非常普及，相對的，價(jià)格也比較低。特別是小型可編程控制器PLC的發(fā)展，真正實(shí)現了小型水電站從傳統的控制方法轉變?yōu)橛嬎銠C控制系統。為了保證水電站的穩定性、可靠性以及經(jīng)濟比較，在設計的時(shí)候通常采用分層分布式結構。所謂分層分布結構即分為上下兩層，上一層為上位機，主要由工控機來(lái)?yè)�，所用軟件為國內較為常見(jiàn)的組態(tài)王6.0或者是6.5；而下一層是當地控制單元，下位機一般選擇小型可編程序控制器SIMATICS7-200的PLC來(lái)?yè)�，這主要是因為現階段的PLC對中小型水電站的改造技術(shù)完全適應，下一層軟件采用的是SIMATICSTEP7-Micro/Win32。此外，系統的主機為水輪發(fā)電機組，還輔以其他監測設備。當地控制單元與上位機之間的通訊主要由SIMATICS7-200內部集成的`PPI借口來(lái)完成，該軟件完全遵守西門(mén)子S7-200PLC專(zhuān)用的PPI通訊協(xié)議，其物理特征為RS485，連接材料采用的是一般性?xún)尚酒帘坞p絞電纜，連接后通訊的波特率最高可達187.5kbit/s，不過(guò)平常狀態(tài)下波特率為9.6kbit/s。PPI通訊聯(lián)網(wǎng)的接口與S7-200系列CPU上集成的編程口是同一個(gè)。PPI通訊協(xié)議在該系統的應用使得通訊變得異常簡(jiǎn)單，只需使用NEYW和NETR兩條語(yǔ)句就可傳遞數據信息，不需要再配置額外的軟件或模塊。PPI通訊是一種令牌式的傳遞網(wǎng)，在不加入中繼器的時(shí)候，最多能容納31個(gè)S7-200系列PLC，以OP/TP或TD200（插MPI卡）的上位機為站點(diǎn)，由站點(diǎn)和PLC共同構成適應中小型水電站自動(dòng)控制系統要求的PPI網(wǎng)絡(luò )。在整體的結構中，現場(chǎng)的采集量分為電氣量和非電氣量?jì)煞N，這兩種采集量都是中小型水電站所必須具備的監測量。同時(shí)，在結構中一般選擇中小型水電站，水輪發(fā)電機組為兩臺，其中一臺的主變壓器以供電系統形式作為控制系統的監測對象。
4結束語(yǔ)
該自動(dòng)控制系統在黔南州羅甸縣石門(mén)坎水電站已運行五年多，系統各方面運行也良好，為其他水電站自動(dòng)控制系統運行提供寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗。
參考文獻
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