中小水電站優化運行及其程序實現研究

徐春芹　李嬌董　王丙龍

摘 要：為了提高水電站發電效率以及實現水電站的智能管理，往往采用AGC（自動發電控制）系統來控制水電站機組的運行狀況。對于一些大型水電站來說，通常由專門的部門制定水電站的運行策略，相關的工作人員只需要根據調度任務就能夠保證水電站各項工作的正常開展。而對于廣大中小水電站來說，則必須要借助于AGC程序控制，實現機組負荷經濟的合理分配。因此，開展中小水電站優化運行及程序實現研究具有重要的應用價值。

關鍵詞：中小水電站；優化運行；程序控制；應用分析

引言

利用AGC系統實現中小型水電站的控制運行，雖然具有多方面的應用優勢，但是該系統在實際應用中并沒有得到廣泛的推廣。究其原因，固然與AGC控制技術不成熟、自動化元件不齊備有關，更重要的還是部分水電站缺乏優化運行意識，仍然堅持傳統的水電站運行和管理方法。文章首先分析了中小水電站運行優化的基本原則以及所要重點解決的問題，隨后就如何實現機組間最優負荷分配進行了詳細討論，最后提出了該優化運行程序的實現方法。

1 中小水電站運行優化原則及解決問題

1.1 運行優化的基本原則

根據具體內容和優化目標的不同，在開展中小水電站運行優化時，需要遵循以下兩方面的優化原則：一方面是結合水電站當前的發電任務，科學選擇發電所需的機組臺數、型號，在滿足水電站正常發電需求的同時，實現水電站運行負荷的平均分配，降低單臺機組的工作壓力；另一方面，在負荷平均分配之后，還必須要綜合考慮水電站發電過程中可能出現的變化因素，例如機組的啟停、水量的消耗等。只有綜合考慮多方面的影響因素，才能制定出更加完善的預防措施以及最優化的判斷，從而全面保證了水電站的安全和平穩運行。

1.2 所要解決的主要問題

中小水電站的調控優化策略，只能根據實際情況來確定，通常采用AGC作為水電站運行優化的主要手段。其主要解決的問題包括以下幾方面：

第一，利用計算機仿真軟件，模擬機組的動力特性實驗，并將實驗結果輸入到二維坐標系中，構建機組動力特性曲線和流量曲線。隨后，調用數據庫中的標準參數，對比實驗模擬所得的曲線圖，找出動力特性曲線、流量曲線與標準曲線的差值。

第二，根據上一步中的差值結論，制定出各個機組的最優化啟停時間，一來能夠節省動力資源，二來也有利于電機運行負荷的平均分配。其中，機組負荷曲線的橫坐標通常以時間（t）為單位，通過曲線圖能夠明確看出機組的啟停時間以及運轉時間。

第三，根據時間軸的變化情況，及時進行負荷調整和動態控制，并獲取各個機組的水流量、壓力負荷等數據，以便于為后期進行水電站的優化運行提供參考數據。在進行負荷調整時，可以采用手動操作和自動操作兩種方式，其中自動操作需要配合AVC進行同步控制，以確保計算機程序指令能夠實現閉環控制，提高程序的運行速度。

2 機組間最優負荷的分配方法

2.1 優化運行方式的計算機程序實施步驟

首先，確定優化運行方案。利用計算機讀入初始數據，并且根據中小型水電站各個機組的流量，計算出單個機組、每天的負荷分配。通過比較負荷分配數值，求出水電站運行過程中耗水量的變化情況。選取耗水量最低的分配方案，作為水電站優化運行的最優運行方案。

其次，確定分配方案后，根據水電站工作的需要，科學選取控制方法。目前來說，常用的機組控制方法有以下幾類：第一類是多參數單元控制法，主要的控制單元有高容量、高頻率的PLC、快速數據計算單元LUC以及必要的AGC功能程序等。這種機組控制控制方法的優點在于能夠實現對大批量數據的快速處理，從而在短時間內計算出水電站的優化運行控制方法；第二類是后臺閉環控制法，利用后臺AGC程序，實現程序運行和數據計算的同步進行，降低了人為控制和管理的難度。本文以后臺閉環控制法為例，對其具體的程序編寫步驟進行分析。

（1）程序平臺。首先，開發了數據服務平臺軟件（Data Apply Server），主要負責與監控系統進行數據的實時交互；然后，在此開放式平臺基礎上載入開發的動態鏈接庫（AGC.dll），實現需要的AGC功能程序。若存在較大差異的特性需求，可以考慮定制不同的策略模塊，如VQC（電壓無功控制）控制模塊等；考慮到調節實時性不高（從計算、調節到反饋的優化過程存在遲滯性，頻繁調節是沒有必要的；另外也將導致自動化元件、主輔機設備動作過頻，影響設備正常的安全運行周期），非秒級，且平臺本身數據量并不大，采用ACCESS數據庫即可滿足要求。程序啟動后默認進入閉環調節狀態，默認以一定耗水下最大發電模式運行，可手動切換到給定負荷的最小耗水模式；程序自動讀取配置信息文件，自動查詢電站機組狀態。

（2）曲線采樣庫實時計算與數據輸入輸出。在機組負荷分配表中，由上游水頭H、實時采樣得到的流量Qk值和機組負荷Nk確定機組最優組合、負荷分配方案，程序展現了功能區、曲線區與表格區3方面。功能區用于切換不同機組與權限控制；曲線區用于顯示各機組的各種擬合曲線軌跡；表格區包括4個表格：輸入數據列表配置、輸出控制列表配置、曲線采樣庫列表和負荷分配計算結果列表。閉環運行時實時刷新各列表中的數據值，用于顯示調節前后的對比。

2.2 執行經濟優化運行的結果分析

數據錄入到計算機后，會在后臺進行計算并得出最終的結果。然后利用A/D轉化器將數字結果轉化成電子信號，以供PLC識別。PLC識別電子信號后，根據提前編寫好的程序指令，實現對各個機組的啟停或動作控制，從而確保了水電站各個機組的優化運行。為了保護機組元件，提高水電站前端裝置的使用壽命，程序內部增加調頻時鐘，默認延時時間為30s。在這一時間段內，PLC可以根據前期程序計算所得的負荷分配情況，自動調整控制指令，保證各個機組受力均衡。最后，在程序末端安裝蜂鳴器（報警器），一旦監測到相鄰機組受力不一致，則蜂鳴器報警，程序自動結束。相關的管理人員可以及時進行程序調整，保證了整個水電站優化控制的順利實現。

2.3 等微增率法進行最優負荷分配

根據實際工作經驗可知，水電站耗水量只與各個機組的運行功率有關，并且兩者之間呈現出簡單的線性關系。因此，可以利用等微增率法計算各個機組之間的負荷差值，進而求出最佳的運行區段。除此之外，由于水電站地理位置、運行方式等因素的差異化影響，因此在進行優化設計時需要額外考慮更多的因素。此外，在利用等微增率法計算均分負荷時，通常需要先確定水電站的最優化運行目標，隨后利用程序數列的表示形式，模擬各個機組的運行狀態，然后根據模擬結果，調整相應的數值。這樣一來，所得數值更加接近于水電站優化運行的實際值，從而達到了負荷均分的效果。

3 結束語

保證電力充足供應，對于地區經濟的可持續發展起到了極大推動作用。中小型水電站作為地方電力的重要來源，保證其運行狀況和發電效率極為重要。在進行水電站優化運行時，必須要結合水電站的實際情況，嚴格遵循相應的優化原則，不斷改進運行程序，以確保水電站的運行管理水平，提高其經濟效益。

參考文獻

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