PLC技術(shù)在水電站控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

周豪

摘 要：眾所周知，控制系統(tǒng)是水電站的重要組成部分。在現(xiàn)代化水電站運(yùn)行方面，需要從不適宜的傳統(tǒng)手動(dòng)控制方法中走出來，建立先進(jìn)性較強(qiáng)、可靠性較強(qiáng)及便捷性較強(qiáng)的控制系統(tǒng)，這是目前我國水電站最為主要的目標(biāo)。本文先分析了PLC技術(shù)的原理及水電站控制系統(tǒng)的架構(gòu)，然后提出了PLC技術(shù)的具體性設(shè)計(jì)流程，旨在為相關(guān)工作的順利推進(jìn)提供有效參考。

關(guān)鍵詞：PLC技術(shù)；水電站；控制系統(tǒng)；應(yīng)用

電力系統(tǒng)的運(yùn)行過程較為復(fù)雜，包含著發(fā)電、輸電、變電、配電及用電。而電力生產(chǎn)的最大的特征則是電能無法得以儲(chǔ)存，普遍情況下電力都會(huì)處于平衡的狀態(tài)中，而用電與此不同，會(huì)隨時(shí)處于變化之中，所以電力也需要具有隨時(shí)變化的能力，這是保持電網(wǎng)頻率的有效方式，如此狀態(tài)下絕不會(huì)對(duì)用電造成任何的危害。水電是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的最佳調(diào)節(jié)手段，具有調(diào)峰、調(diào)頻及平衡發(fā)電的作用。將PLC技術(shù)和微機(jī)繼電保護(hù)技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，是保證水電站控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)保證，當(dāng)然也是提升經(jīng)濟(jì)效益的最佳方式。

一、PLC技術(shù)概述

PLC技術(shù)和傳統(tǒng)的技術(shù)有較大的區(qū)別，它是以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作電子系統(tǒng)裝置，設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。利用的存儲(chǔ)器具有較強(qiáng)的編輯性，其存儲(chǔ)執(zhí)行、運(yùn)算、控制及算術(shù)運(yùn)算等各種操作指令都需要在存儲(chǔ)器的內(nèi)部進(jìn)行，生產(chǎn)過程需要借助數(shù)字輸入、輸出接口等來控制與進(jìn)行，具有的功能也非常多樣，如邏輯控制、輸出控制、通信聯(lián)網(wǎng)等等。PLC及相關(guān)外圍設(shè)備的設(shè)計(jì)中，始終需要堅(jiān)持一個(gè)基本原則，即易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個(gè)整體及拓展其功能。

現(xiàn)在水電站控制系統(tǒng)中較為常用的一種中型PLC系統(tǒng)是SIEMENS S7-300系列PLC。它具有的優(yōu)勢(shì)是：高性價(jià)比、高電磁兼容性、超強(qiáng)抗沖性，并且適應(yīng)性較強(qiáng)，近些年在電力、能源、汽車、紡織等各行各業(yè)中的應(yīng)用十分廣泛，能實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)和控制的目的。最為關(guān)鍵的一點(diǎn)是能最大限度滿足中等性能的使用要求，比如各單獨(dú)模塊可以根據(jù)實(shí)際的需求進(jìn)行合理的組合與擴(kuò)展。同時(shí)，具有易掌握的特征，能最大限度節(jié)省成本，是非常受歡迎的一種型號(hào)。

二、具體架構(gòu)分析

水電站控制系統(tǒng)的具體架構(gòu)，可以采取控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分主控級(jí)和現(xiàn)地控制級(jí)兩層，其方式是上位機(jī)數(shù)據(jù)庫和集中控制計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫兩種，這樣能及時(shí)將數(shù)據(jù)量進(jìn)行分散，并對(duì)監(jiān)視、操作、數(shù)據(jù)采集及命令執(zhí)行過程進(jìn)行分散。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以采取冗余的光前環(huán)網(wǎng)，通訊規(guī)約可以采取TCP/IP，同時(shí)其傳輸速率不能少于100Mbps。借助水電站控制系統(tǒng)能對(duì)站內(nèi)的主要機(jī)電設(shè)備進(jìn)行合理控制，并對(duì)其運(yùn)行情況進(jìn)行全面性的監(jiān)視。相關(guān)控制系統(tǒng)可以借助光纖主通信通道與省調(diào)通信，提供其需要的電站信息和接收省調(diào)的控制命令。

三、具體應(yīng)用分析

1、水電站主控級(jí)

第一，數(shù)據(jù)采集和處理方面。采集數(shù)據(jù)需要以周期性的進(jìn)程推進(jìn)，采取的主要信息是各LCU收集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的實(shí)時(shí)更新目的。并保持運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)處于連續(xù)性的狀態(tài)中。對(duì)各LCU收集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)要及時(shí)分析與處理，及時(shí)將其傳送至調(diào)度中心的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中。

第二，實(shí)時(shí)監(jiān)控狀態(tài)。這里所指的監(jiān)控狀態(tài)實(shí)質(zhì)上就是指狀態(tài)的實(shí)時(shí)變化情況，并且分為兩種類型：自動(dòng)狀態(tài)變化及受控狀態(tài)變化。此兩種狀態(tài)出現(xiàn)任何變化時(shí)，都需要進(jìn)行及時(shí)的記錄、顯示與打印，對(duì)其進(jìn)行合理區(qū)分。其中的開關(guān)事故變位，對(duì)事故的處理會(huì)提出指導(dǎo)性建議，并且里面的畫面會(huì)進(jìn)行閃爍與變色，能將事故追憶記錄及時(shí)打印出來。

除了上述兩點(diǎn)的應(yīng)用外，還被普遍運(yùn)用到趨勢(shì)分析及越限監(jiān)視、過程監(jiān)視及報(bào)警記錄等幾方面，對(duì)于水電站控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行都有較大的影響。

2、水電站現(xiàn)地控制級(jí)

此種控制級(jí)能對(duì)各監(jiān)控對(duì)象發(fā)揮出極好的監(jiān)控作用，各LCU的CPU能及時(shí)對(duì)自身進(jìn)行合理的LCU管理?，F(xiàn)地控制單元具有極強(qiáng)的獨(dú)立運(yùn)行能力，即使沒有主控機(jī)的控制與引導(dǎo)，也能在進(jìn)行及時(shí)對(duì)監(jiān)控范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行采集數(shù)據(jù)，并在處理、分析的基礎(chǔ)上，對(duì)設(shè)定值及各設(shè)備工況進(jìn)行修改與調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換，它具有的糾錯(cuò)與容錯(cuò)能力是無可比擬的，能以最佳的方式將監(jiān)控范圍中的完整數(shù)據(jù)進(jìn)行展示。其具體構(gòu)成如下圖：

3、自動(dòng)發(fā)電控制

自動(dòng)發(fā)電控制存在的目的，就是對(duì)電站的頻率、高壓線的輸送功率進(jìn)行科學(xué)、及時(shí)的控制。而在自動(dòng)發(fā)電控制過程中，需要堅(jiān)持一個(gè)基本標(biāo)準(zhǔn)，即調(diào)度中心下達(dá)的發(fā)電功率等要求，用固定原則先確定好需要幾臺(tái)運(yùn)行機(jī)組，之后將具體要求發(fā)送過去，最后借助機(jī)組的組合方式和機(jī)組間最佳有功率分配，實(shí)現(xiàn)電站機(jī)組出力的閉環(huán)調(diào)節(jié)目的。

4、自動(dòng)電壓控制

對(duì)機(jī)組間的無功功率需要進(jìn)行合理性的分配，利用機(jī)組控制單元中的調(diào)節(jié)機(jī)組成勵(lì)磁，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力范圍的最佳維持目的。定期對(duì)電壓給定值與測(cè)量值進(jìn)行比較性分析，以兩者之間的偏差為基礎(chǔ)，對(duì)電站無功功率所需要的目標(biāo)值進(jìn)行PI調(diào)節(jié)計(jì)算。與此同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問題，無功率目標(biāo)值和PI調(diào)節(jié)計(jì)算所得的積分項(xiàng)，都會(huì)受并網(wǎng)機(jī)組無功負(fù)荷能力的影響。所以無功功率目標(biāo)值的確定還需要由聯(lián)合調(diào)節(jié)機(jī)組間進(jìn)行分配，這樣才能精準(zhǔn)的計(jì)算出無功功率的目標(biāo)值。當(dāng)無功功率目標(biāo)值和測(cè)量值比較中出現(xiàn)偏差時(shí)，需利用PI調(diào)節(jié)計(jì)算出機(jī)端電壓給定值，最終將之傳送到LCU環(huán)節(jié)進(jìn)行執(zhí)行。

【總結(jié)】

綜上所述，將PLC技術(shù)應(yīng)用到水電站控制系統(tǒng)中，完美的將PLC技術(shù)與繼電保護(hù)技術(shù)結(jié)合了起來，所以技術(shù)方案的設(shè)計(jì)與執(zhí)行性較高。不僅促進(jìn)了水電站自動(dòng)化水平的提升，也會(huì)促使水電站運(yùn)行效率的不斷提升，非常值得進(jìn)行推廣性的應(yīng)用與深入性的研究。

參考文獻(xiàn)：

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