清遠(yuǎn)抽水蓄能電站機(jī)組控制程序總體設(shè)計(jì)

彭煜民

（清遠(yuǎn)蓄能發(fā)電有限公司，廣東省清遠(yuǎn)市 511800）

清遠(yuǎn)抽水蓄能電站機(jī)組控制程序總體設(shè)計(jì)

彭煜民

（清遠(yuǎn)蓄能發(fā)電有限公司，廣東省清遠(yuǎn)市 511800）

本文總結(jié)了清遠(yuǎn)抽水蓄能電站機(jī)組控制程序總體設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，介紹了監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)框架、機(jī)組控制程序主要控制目標(biāo)及程序結(jié)構(gòu)、機(jī)組工況轉(zhuǎn)換流程設(shè)計(jì)思路和設(shè)備控制邏輯設(shè)計(jì)思路。

抽水蓄能電站；機(jī)組控制程序；總體設(shè)計(jì)

0 前言

抽水蓄能電站機(jī)組控制程序是機(jī)組控制的靈魂與核心，其設(shè)計(jì)是否安全合理關(guān)系到機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，也關(guān)系到新機(jī)動(dòng)態(tài)調(diào)試能否順利推進(jìn)，因此其重要性不言而喻。本文對(duì)清遠(yuǎn)抽水蓄能電站機(jī)組控制程序總體設(shè)計(jì)進(jìn)行了總結(jié)和概述。

1 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)框架

要構(gòu)建一套抽水蓄能電站監(jiān)控系統(tǒng)軟件，需要設(shè)計(jì)編寫一系列的子程序軟件，這些程序軟件相互配合協(xié)作，共同完成數(shù)據(jù)采集與交換、控制與調(diào)節(jié)、狀態(tài)顯示及計(jì)算統(tǒng)計(jì)等監(jiān)控功能。圖1是清遠(yuǎn)抽水蓄能電站監(jiān)控系統(tǒng)軟件組成結(jié)構(gòu)示意圖。

從圖1可以看出，除機(jī)組控制程序外的其他子程序軟件主要負(fù)責(zé)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)流的交換與處理，只有機(jī)組控制程序是根據(jù)抽水蓄能機(jī)組生產(chǎn)工藝要求設(shè)計(jì)編寫并控制機(jī)組設(shè)備按要求操作，因此機(jī)組控制程序是保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵所在。

2 機(jī)組控制程序設(shè)計(jì)

2.1 控制程序設(shè)計(jì)總體思路

清遠(yuǎn)抽水蓄能電站機(jī)組控制程序需要實(shí)現(xiàn)以下控制目標(biāo)：

（1）通過(guò)執(zhí)行機(jī)組工況轉(zhuǎn)換流程，控制機(jī)組相關(guān)設(shè)備按照生產(chǎn)工藝要求順序操作；

（2）通過(guò)執(zhí)行各系統(tǒng)設(shè)備控制邏輯，一方面接收機(jī)組工況轉(zhuǎn)換流程發(fā)出的控制命令實(shí)現(xiàn)設(shè)備的順序控制，另一方面通過(guò)設(shè)備狀態(tài)判斷實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障或緊急情況下的啟停、切換、報(bào)警和跳閘操作；

（3）通過(guò)執(zhí)行各系統(tǒng)設(shè)備控制邏輯，實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)備之間的安全閉鎖和操作配合。

根據(jù)上述控制目標(biāo)，機(jī)組控制程序需要完成機(jī)組工況轉(zhuǎn)換流程的設(shè)計(jì)編寫和各系統(tǒng)設(shè)備控制邏輯的設(shè)計(jì)編寫工作。

機(jī)組控制程序結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

2.2 機(jī)組工況轉(zhuǎn)換流程設(shè)計(jì)

機(jī)組工況轉(zhuǎn)換流程是機(jī)組控制程序的主框架。清遠(yuǎn)抽水蓄能電站機(jī)組工況轉(zhuǎn)換流程借鑒了廣州抽水蓄能電站B廠的流程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，常用工況設(shè)置了靜止（S）、旋轉(zhuǎn)備用（SR）、發(fā)電（G）、發(fā)電調(diào)相（GC）、抽水調(diào)相（PC）、抽水（P）和背靠背拖動(dòng)（L）共七種狀態(tài)，不常用的工況設(shè)置了黑啟動(dòng)（BS）和線路充電（LC）兩種狀態(tài)。清遠(yuǎn)抽水蓄能電站機(jī)組工況轉(zhuǎn)換示意圖如圖3所示。

根據(jù)機(jī)組工況轉(zhuǎn)換要求，控制程序共設(shè)計(jì)編寫了18個(gè)工況轉(zhuǎn)換流程，另外還設(shè)計(jì)了2個(gè)轉(zhuǎn)輪回水排氣子流程（如表1所示）。

機(jī)組工況轉(zhuǎn)換流程設(shè)計(jì)思路：

（1）機(jī)組工況轉(zhuǎn)換流程采用西門子 STEP7 Graph順序功能圖進(jìn)行編程，每個(gè)轉(zhuǎn)換流程均設(shè)置若干個(gè)步，每一步中可根據(jù)需要同時(shí)執(zhí)行多個(gè)設(shè)備操作。

（2）在工況轉(zhuǎn)換流程上一步走到下一步之間，設(shè)置有跨步條件，該跨步條件由設(shè)備的各種反饋信號(hào)組成。只有在所有操作均得到正確執(zhí)行并反饋回來(lái)使得跨步條件滿足后，才能再繼續(xù)執(zhí)行下一步驟。

（3）每一步設(shè)置了監(jiān)控時(shí)間，如果超過(guò)監(jiān)控時(shí)間跨步條件仍不滿足，則發(fā)出流程故障信號(hào)執(zhí)行跳閘流程，同時(shí)立即終止故障流程的所有執(zhí)行命令，由跳閘流程接管設(shè)備的操作控制。

（4）當(dāng)兩個(gè)轉(zhuǎn)換流程之間需要跳轉(zhuǎn)時(shí)，由前一個(gè)流程的最后一步發(fā)出信號(hào)激活后一個(gè)流程的第一步，再由后一個(gè)流程的第一步發(fā)出信號(hào)結(jié)束前一個(gè)流程的最后一步并返回初始步。

（5）只設(shè)置一個(gè)機(jī)組跳閘流程，在該跳閘流程中設(shè)置快速停機(jī)（QSD）、緊急停機(jī)（ESD）和抽水調(diào)相啟動(dòng)時(shí)跳閘三個(gè)跳閘分支，機(jī)組工況轉(zhuǎn)換流程故障或穩(wěn)態(tài)跳機(jī)時(shí)均執(zhí)行該跳閘流程。

3 設(shè)備控制邏輯設(shè)計(jì)

相對(duì)于機(jī)組工況轉(zhuǎn)換流程來(lái)說(shuō)，各個(gè)設(shè)備控制邏輯就是執(zhí)行者的角色。轉(zhuǎn)換流程發(fā)出的設(shè)備操作命令必須由設(shè)備控制邏輯判斷后再出口控制現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)設(shè)備。

設(shè)備控制邏輯的設(shè)計(jì)主要包含以下內(nèi)容：

（1）該設(shè)備可用性狀態(tài)判斷。

設(shè)備可用性判斷包括對(duì)設(shè)備控制方式、控制及動(dòng)力電源狀態(tài)、設(shè)備的報(bào)警信號(hào)、關(guān)聯(lián)設(shè)備的狀態(tài)判斷及其他認(rèn)為需要判斷的信號(hào)等。

（2）該設(shè)備啟停或開(kāi)關(guān)控制邏輯。

以技術(shù)供水泵控制邏輯為例，其啟停控制邏輯主要包括：

1）主用泵的選擇判斷；

2）主用泵的啟動(dòng)控制，包括安全聯(lián)鎖條件判斷；

3）備用泵的啟動(dòng)控制，包括安全聯(lián)鎖條件判斷；

4）泵的停止控制，包括與主變壓器負(fù)載供水閥的聯(lián)動(dòng)控制。

（3）該設(shè)備報(bào)警及跳閘邏輯。

包括該設(shè)備故障、操作異常、運(yùn)行超時(shí)等報(bào)警信號(hào)的判斷邏輯，以及設(shè)備嚴(yán)重故障時(shí)的跳閘信號(hào)判斷邏輯。

（4）需要提供給其他控制邏輯或回路使用的信號(hào)判斷邏輯。

比如要給機(jī)組運(yùn)行指示燈提供控制信號(hào)，需要編寫一段邏輯，判斷“機(jī)組在運(yùn)行中”并輸出給機(jī)組運(yùn)行指示燈。

以上幾點(diǎn)是設(shè)備控制邏輯設(shè)計(jì)需要考慮的內(nèi)容，設(shè)計(jì)人員為清遠(yuǎn)抽水蓄能電站所有控制對(duì)象均編寫了詳細(xì)的控制邏輯，在此不再贅述。

4 結(jié)束語(yǔ)

清遠(yuǎn)抽水蓄能電站技術(shù)人員充分吸收和借鑒已運(yùn)行抽水蓄能電站的設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，自主開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了清遠(yuǎn)抽水蓄能電站機(jī)組工況轉(zhuǎn)換流程和相關(guān)設(shè)備控制邏輯。在設(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮了各廠家設(shè)備的運(yùn)行特點(diǎn)和接口要求、各種故障和緊急情況下的設(shè)備動(dòng)作要求、設(shè)備之間的安全聯(lián)鎖和協(xié)調(diào)配合要求，創(chuàng)造性的搭建了一套純軟件的機(jī)組程序全工況自動(dòng)仿真平臺(tái)，在生產(chǎn)廠家對(duì)機(jī)組控制程序及相關(guān)控制功能進(jìn)行了全面細(xì)致的仿真測(cè)試，有效保證了機(jī)組控制程序的正確性、安全性及設(shè)計(jì)的合理性。在實(shí)際調(diào)試過(guò)程中，清遠(yuǎn)抽水蓄能電站機(jī)組控制程序非常安全、可靠地執(zhí)行了機(jī)組設(shè)備的操作控制，確保了機(jī)組安全順利調(diào)試與投產(chǎn)。

[1]彭煜民．抽水蓄能機(jī)組工況轉(zhuǎn)換與順序控制[J]．水電站機(jī)電技術(shù)，2007，30（1）．PENG Yumin．Operation condition conversion and sequential control of pump storage group．Mechanical & Electrical Technique of Hydropower Station，2007，30（1）．

[2]溫柳，朱靜華，姜海軍，王茂元．抽水蓄能電站監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模式和機(jī)組控制策略研究[J]．電子測(cè)試，2015，（4）．WEN Liu，ZHU Jinghua，JIANG Haijun，WANG Maoyuan．Structure Mode and Generator Control Strategy of Monitoring System for Pumped Storage Power Plant[J]．Electronic Test，2015，（4）．

[3]鄭波，何錚，李成軍，丁光．400MW級(jí)大型抽水蓄能機(jī)組控制流程與控制策略研究[J]．水力發(fā)電，2017，43（2）：73-76．ZHENG Bo， HE Zheng， LI Chengjun， DING Guang．Research on Control Sequence and Control Strategy of 400 MW Class Large Pumped-storage Units[J]．Water power，2017，43（2）：73-76．

[4]陳俊，王凱，袁江偉，王光，石祥建，沈全榮．大型抽水蓄能機(jī)組控制保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究進(jìn)展[J]．水電與抽水蓄能，2016，2（4）：3-9．CHEN Jun，WANG Kai，YUAN Jiangwei，WANG Guang，SHI Xiangjian，SHEN Quanrong． Research of control and protection technology for large pumped-storage unit[J]．Hydropower and Pumped Storage，2016，2（4）：3-9．

2016-07-17

2016-08-11

彭煜民（1979—），男，高級(jí)工程師，主要研究方向：抽水蓄能電站監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)、集成與調(diào)試等。E-mail：71267103@qq．com

Design of the Control Software for Units in Qingyuan Pumped Storage Power Station

PENG Yumin
（Qingyuan Pumped Storage Power Co. Ltd，Qingyuan 511800，China）

This article illustrates Design of the Control Software for Units in Qingyuan Pumped Storage Power Station. Include the design framework of the control software， the function and structure of the control software， the design of the unit control process and the design of the control logic for subsystems.

pumped storage power station；control software for units；design

TV743

A學(xué)科代碼：510．80

10．3969/j．issn．2096-093X．2017．05．011