水電站計算機監控系統研究

(華北水利水電大學 電力學院，河南 鄭州 450045)

0 引言

目前，大中型水電站中，計算機監控系統非常普遍，并且發展也極為迅速。但是，多數小型水電站或已投入運行的老電站都采用較為常規的自動控制設備，只有極少數的新建以及近期改造的中小型電站，或用計算機自身功能去控制單元改造常規自動控制系統，或在常規自動控制系統的基礎上，再加上計算機自身功能來控制單元，又或者在常規自動控制系統的基礎上加上計算機監測系統[1]。為了提高中小型水電站的管理運行水平，提高電能質量，實施經濟運行并減輕運行人員的勞動強度，應盡早研究并幵發出性能優良、工作可靠、功能完善、使用方便、價格適宜的中小型水電站的計算機監控系統，以適應中小型水電站的發展要求，進而實現對梯級水電站的遠程集中控制[2]。

1 水電站計算機監控系統的現狀

當前，國外水電站計算機監控領域，有兩種主要的模式：

1)集成型，它是一種比較開放的通用模式，它以可編程控制器(PLC)為核心，通過同期裝置、勵磁裝置、保護裝置、調速器裝置等設備的參數上傳，實現水電站的計算機監視和控制。它的優點是通用性強并且結構靈活，缺點是組成系統的設備過于繁多，功能也較為分散。但是，在發達國家，這種模式的自動控制系統已經被普遍采用，并且技術也比較成熟。

2)專用型，在國外，這種模式在近些年才開始進行研究，它是一種新的技術。優點是系統簡單，功能比較集中。缺點是：①裝置本身成本較低，但如果加上進口關稅和外商較高利潤的話，設備的售價仍然會很高。②它的有些功能現在還并不能完全達到中國小水電市場對于計算機監控技術的要求。

國內水電站監控系統大多采用上述第一種集成型模式，但是，因為現在還暫時沒有形成一個標準的規約，所以一些中小型水電站監控系統的復雜程度與大型電站有一樣的特點，這就給這些中小型電站的運行、維護增加了很大難度。這樣的模式投資巨大，結構復雜，運行維護也極不方便。運行人員不但要監視重要設備的運行狀態和運行參數，還要注意一些輔助設備的數據通訊上傳，實際上，這些中小型電站根本沒必要注重這么多繁雜的信息量。結合目前國內中小水電站的實際情況，專用型計算機監控模式已經開始了自行研發。

2 水電站計算機監控系統的主要作用

水電站計算機監控系統承擔著水電站中多種多樣的任務，根據形式不同、規模不同和投資不同的水電站，其任務也有所不同，但主要任務仍然是由以下幾方面組成。

2.1 發電過程自動控制

水電站水輪機的開停、發電機調相狀態的轉換以及并列運行，機組無功功率和有功功率的調節，導葉開度的調節以及進水閘門的開啟和關閉，水電站輔助設備的自動控制等內容，機組都可以自動執行由計算機監控系統所發出的有關命令[3-4]。

2.2 安全監視

水電站的安全監視主要包括：水庫防洪監測、大壩安全監測和運行設備的監視等。

2.3 自動處理事故

水電站的事故經常是不可預估、突然出現的，并且時間短促，電站運行人員難以對事故的性質及時作出準確并有效的分析判斷。在沒有計算機控制時，對于已經發生的事故的判斷和處理，很大程度上取決于運行人員多年以來積累的經驗。相反，如果設置了計算機監控系統，計算機便能夠對水電站的設備進行實時在線監視，對水電站正在運行的設備的各種參數進行實時記錄和存儲，只要電站發生事故，計算機便可以對事故進行分析處理，然后執行之前已經設定好的有關事故的處理程序，使事故得到及時處理，同時計算機還可以記錄此次事故的性質以及事故發生的時間和地點。

2.4 最優發電控制

水電站計算機監控系統對于水電站的控制，最直接的目的就是對水電站進行最優的發電控制，根據整個電網系統對水電站有功功率的需求，通過調節水電站水輪機的導葉開度，并改變水輪機輸入的水量，保證水輪發電機組的最優配合以及機組負荷的最優分配，達到水電站電壓質量及無功功率合理分配的目的。

3 水電站計算機監控系統的結構

3.1 設計原則

在對水電站的計算機監控系統進行設計時，主要應考慮如下原則[5]。

1)系統功能的完善性：無人值班、少人值守是水電站的設計原則，監控系統也應以此為原則，這樣，整個系統的功能才算完善。

2)可靠性：采用標準的、可靠的硬件，并能提供長期穩定的技術服務。

3)系統的實時性：實時性反映在系統的響應時間上，可以滿足不同用戶的需求。

4)系統的可變性：水電站監控系統的廠站層和現地層設備的軟件結構和硬件配置設施可以實現自動改變，并實時地對現地單元的設備地址、通訊接口地址等進行重新再分配，并作出相應改變。

5)系統的可擴展性和開放性：系統中的各節點計算機，均應滿足開放性要求，以便于系統功能的擴展以及硬件的升級。另外，系統的軟件應該具有開放的功能，并符合國際標準規約數據所要求的固定格式，這樣才能夠與其他系統進行數據上的交接。

6)系統的安全性：系統應該滿足網絡安全和操作控制安全。值班人員在操作控制時，系統能夠自動檢驗操作人員的權限，并在計算機監控系統的控制命令下達之前，自動彈出確認框，只有操作人員再次確認命令是否正確之后才可以啟動系統的操作控制。

3.2 系統結構

1)集中式監控系統。系統中只有一臺計算機，這一臺計算機進行一切計算處理，并接受所有的信息，進而發出所有操作、指派所有控制命令，這種不分層的特點會導致：只要計算機出現故障，整個控制系統就會癱瘓，只能手動控制系統的運行，性能降低很大。

2)功能分散式監控系統。此時，系統中有多臺計算機，分別完成系統實現的各項功能，各臺計算機只負責完成規定的任務。將功能進行分散，當系統中某一臺計算機出故障時，只影響某一功能，其他功能依然可實施，可靠性大大提高。

3)分層分布式監控系統。分層分布式監控系統也就是按照控制對象進行分散，是最新的系統。按監控系統的結構和功能劃分為兩個層次：上層稱為上位機，由工控機擔當，下層稱為現地控制單元，由可編程控制器和工控機擔當，如果系統中某個機組控制單元發生故障，則只影響這一臺機組，不影響整個水電站的運行[6]。

4 結語

更為先進的應用以及網絡化應該是計算機監控系統的發展方向。水電站計算機監控系統屬于一個系統，需要各個部分的有機結合以及綜合考慮，另外還需要把計算機技術、網絡技術、通訊技術等充分利用起來才能設計出功能完善且滿足水電站實際需求的計算機監控系統。