自動化控制技術在水力發電中的應用

李雙喜

（湖南湘投銅灣水利水電開發有限責任公司,湖南 懷化 418002）

隨著科技的不斷發展，人們的生活質量也在變得越來越高。但與此同時，在社會的進步之下，人們的需求量也變得越來越高。為了更好地保障人們的生活水平質量，就要進一步地推動科技的發展。電力是國家發展的重要基礎資源之一，這些年來，我國一直致力于建立一個智能的電網系統。一個智能的電網系統，需要引入的技術是非常多的，自動化的控制技術就是其中必不缺少的一部分。自動化控制技術的高效運用，不僅能更好地服務于水力發電廠的正常運行，也能對其進行高效地管理，更好地保障水力發電的穩定性。

1 自動化控制技術及其在水力發電中的具體運用

1.1 自動化控制技術簡述

自動化控制技術，從字面上來講就是對生產的某一些過程進行自動控制。自動化控制技術起源于西方發達國家，引入我國的時間是比較短的[1]；但同時，它在我國的發展速度確實是非常快的。自動化控制技術最大的應用就是能實現傳統工業模式到現代工業模式的轉變。現在工業模式最突出的特點就是自動化，自動化的控制模式不僅減少了人力的使用，進一步地提高了生產效率，也減少了傳統模式中由于人為因素導致的誤差或者錯誤。而且它對于總體成本的降低以及生產企業利益的上升都有極大的促進意義，因此非常受我國工業界的青睞。

就目前的發展速度來說，自動化控制技術的前景是極為廣闊的，而且它也是時代的必然要求，所以在未來很長一段時間內，它都是一種主流的趨勢。隨著科技的不斷發展，各種與自動化控制有關的設備也被研發出來，它們的功能也更加多元化，操作難度也變得越來越低，非常適合大規模推廣。我們也堅信，基于計算機技術的自動化控制一定會在全國范圍內有一個廣泛的推廣，而且它也會進一步推動我國總體行業的發展。與此同時，電力作為促進經濟發展的重要資源之一，在新世紀下，對于國民經濟的增長起著重要的意義。為了更好地促進電力行業的進一步發展，我們就要引進以計算機為基礎的自動化控制技術，最大限度地提高發電的效率，并根據科學的方法控制所需要的成本，給人們謀取更大福利的同時，減少一些不必要的浪費。

1.2 自動化控制技術在水力發電中的作用

在水電廠的水力發電系統中，自動化控制技術有一個較好的運用，它發揮的主要作用就是對電廠水力的總體系統進行監督和管理。監督和管理的主要方式就是對水電廠中各個流程的工作數據進行采集、分析以及后期處理，并根據處理后的結果進行任務分配。在分配任務中，主要是對系統中的各個零件以及工作的時間進行分配[2]。在此，我們也應該保證各個零件的運行狀態都是處于一個較好的狀態，工作時間也不能相互沖突，這樣才能保證水電廠整體運行的流暢性。在水電廠中，自動化控制技術就像是一個控制中樞，它對電力系統傳輸的數據進行分析，并根據分析的結果進行任務和機器時間的支配調理，它對于新時代下水力發電效率的進一步提高是有著重要意義的。而在具體的運行過程中，它的應用效果可以歸納為以下三個方面。

1.2.1 提高生產工作的準確性

具體運行這項技術的時候，由于它能對機器設備所有的參數和數據進行采集和分析，所以可以較好地完成水力發電的各項工作，而完成的方式就是運用一些自動化的設備。這些自動化設備的應用可以減少很多由人力造成的誤差，不僅更好地提高了總體生產效率，也減少了大量人力的使用。這些自動化設備最大的特點就是準確性較高，當面對一些事故的時候，它們可以用已經輸入的程序及時地做出最準確的反應，以此來保障生產的安全。在水力發電的過程中，往往需要大量的水資源作為載體，有一定的危險性。人們如果遇到了一些意外事故，往往由于緊張而很難做出正確的反應，這就導致了一些生產事故的發生。自動化控制技術的應用可以較好地解決了這一問題，它能保障生產工作的準確性和高效性。從這個方面來說，它的應用就是必然的。

1.2.2 提高運行系統的經濟性

在應用這項技術的時候，發電廠可以根據本廠的實際情況對水資源進行合理地調配。水力發電一般是利用水資源之間的勢能差來進行發電的，人為控制水資源的高度可能會使得水資源發揮不出最大的作用。在這個情況下，我們就可以用自動化的控制技術來對水資源和電力資源進行調度。調度的最終目的就是在滿足基礎生產并且保障生產安全的大前提之下，最大限度地減少生產中不必要的損失。如果能把損失率降到最低，那么生產的成本也會降到最低，也就能取得更大的經濟效益。

1.2.3 提高生產的效率

水力發電廠內部的結構是比較復雜的，往往會使用很多的大型機器。這些大型機器在使用的時候都會產生較大的噪音，為了避免對周圍的居民產生影響，水力發電廠一般都坐落在比較偏遠的地區。由于涉及的要點比較多，所以水力發電廠的復雜性強度也比較高。在這種情況之下，如果能運用自動化的控制技術，就可以較好地解決這些問題[3]。自動化控制技術的高效運用，可以真正地實現計算機代替人對生產進行控制，這樣就不需要使用大量的人力了。從這個角度來說，它的運用真正地解放了勞動力，把人力資源從煩瑣復雜的工作中解放出來，而且也進一步地提高了生產效率，是非常契合工業發展觀的。自動化控制技術的應用也可以有效地改善水力發電廠周圍的生產環境，使得生產環境不再惡劣，周圍的生態系統也得到了更好的保障，踐行了科學發展觀的理念。

2 自動化控制技術在水力發電中的具體運用

2.1 計算機監控系統的應用

眾所周知，計算機系統是自動化控制技術的核心。在計算機系統中，運用較多的就是監控系統。監控系統可以對水力發電廠的各個環節進行有效的監測，從而對使用的技術和取得的數據進行有效的控制，這對于水力發電廠效率的提高都是非常有幫助的。在現行監控系統的運用中，所運用到的具體設備比較多。一般根據實際情況的不同，采用的系統也往往會有所差距。大多數水電廠采用的是語音報警系統。語音報警系統的應用較為廣泛，取得的效果也是比較好的，它通過語音報警的方式來提醒工作人員，在很大程度上減少了一些事故的發生。另外，網調通信子系統的應用也比較多。不過它的應用一般是與辦公信息網絡子系統進行配合的，這兩者的配合才能更好地發揮出監控的實際作用。當然，在大多數的監控系統中，都運用到了GPS時鐘系統。這個系統是非常重要的，它可以有效地判斷時間，使得我們能查出事故問題的任何一個節點。值得一說的是，這些系統一般都是通過人與計算機的交互頁面來運行的，所以可以給人們一個非常直觀的感受。這些監控系統的進一步運用，也真正地解放了人力，使得“無人值班”的夢想成為現實。

2.2 水輪機調速系統的應用

除了計算機監控系統的應用之外，在一般的水電廠中，對于水輪機調速系統的應用也比較廣泛。這種系統的應用和計算機監控系統的應用是不同的，它有更強的針對性。它最主要的作用就是檢測發電調速的系統以及自動校準同期系統的穩定性。這種系統的結構比較復雜，涉及的專業性比較強。它在對發電調速系統進行控制的時候，可以有效地達到空載擾動的狀態。在大多數情況下，它也可以有效地對所有系統進行相關內容的測試，這些相關內容不但包括了空載擺動，也包括了水輪機的開關規律[4]。當測試完成之后，這個系統對測得的所有數據進行整合，并通過計算機的運算獲得一份科學準確的實驗報告。在具體使用的時候，可以根據這份實驗報告進行具體地運用和問題的分析。不過我們也要知道，這份報告只能起到借鑒的意義，在具體的生產運行中，還是要以實際為準。

圖1是混流式水輪發電機電站全景圖，它對于水輪機調速系統的應用較為廣泛。

圖1 混流式水輪發電機電站全景圖

2.3 發電機勵磁系統的應用

發電機勵磁系統也是現行水電廠中運用較多的一個系統，它最大的功能就是可以為同步的發電機提供穩定的電流。它的主要組成部分一般有兩種，第一種是調節器，第二種是功率的單元件。在進行具體工作的時候，它通過對功率單元的控制來達到發電機負荷的相應波長處于一個穩定的數值。它也可以通過對發電機不同的控制來保證電壓兩端的穩定性。與此同時，在發動機之間的連接中經常會發生無功功率的現象。發電機勵磁系統可以針對這一現象進行合理地功率分配，以確保發電機的工作處于一個穩定的狀態。針對發動機的具體工作，根據不同的特征，可以把它們的穩定性分為兩個部分。第一個部分是靜態穩定性，第二個部分是暫態穩定性。除此之外，如果發動機在運行的時候出現了一定的故障，那么勵磁系統也可以及時地檢測出這些故障。故障檢測出來之后，它就會進行自動地滅磁，所以整個發電機系統就不再工作了，這也就避免了一些不必要的損失，更預防了更大危害的產生。另外，這個系統還可以根據發電機實際的功率需求來進行實際的動態導向。具體來說，就是它能對最大的勵磁和最小勵磁進行實時地監督，使得它們的數據處于一個穩定的狀態，有效地避免了一些隱患的發生。

3 結語

隨著科技的不斷發展，在水力發電中，一定要積極地引入自動化的控制技術，只有這樣，才能更好地促進水力發電行業的進一步發展。就目前的實踐來說，自動化控制技術所起到的作用意義是非常大的，它不僅使水電廠發電的工作更具有準確性，也真正提高了電力企業的經濟效益。最重要的是，它提高了生產的總體效率，也解放了大量的勞動生產力。我們堅信，它的高效引入和應用，一定會使得水力發電有一個更好的發展，同時它也是電力行業發展的重要推動力之一，在未來很長一段時間之內都不會有所改變。