【摘 要】對水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)的控制方式進(jìn)行探討，提出了非常規(guī)控制方式。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；功率調(diào)節(jié)；控制方式

1.水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)的功能

水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功率調(diào)節(jié)主要針對機(jī)組而言，是對機(jī)組發(fā)出的有功、無功功率進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，以使機(jī)組的有功、無功功率實(shí)發(fā)值保持在設(shè)定的范圍內(nèi)，以確保電站發(fā)出的總有功、無功出力始終在調(diào)度下發(fā)的設(shè)定值或負(fù)荷曲線的允許范圍內(nèi)。

功率調(diào)節(jié)功能可分為三個(gè)部分：

（1）調(diào)節(jié)功能：由機(jī)組LCU（計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元）采集功率實(shí)發(fā)值，并通過LCU主PLC程序計(jì)算出調(diào)節(jié)輸出脈寬來控制機(jī)組出力的增或減，通常水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用PID 調(diào)節(jié)原理進(jìn)行計(jì)算。

（2）監(jiān)視功能：在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，監(jiān)視發(fā)電機(jī)出力是否在要求范圍之內(nèi)，如果超出則需對機(jī)組進(jìn)行調(diào)節(jié)，以恢復(fù)到設(shè)定值。

（3）調(diào)節(jié)保護(hù)：在機(jī)組功率調(diào)節(jié)過程中對機(jī)組的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視，防止機(jī)組在調(diào)節(jié)過程中出現(xiàn)異常，如果有問題出現(xiàn)，調(diào)節(jié)程序應(yīng)退出或輸出閉鎖并做相應(yīng)的報(bào)警。

2.水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)的常規(guī)控制方式

水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功率調(diào)節(jié)通常采用PID控制方式，PID調(diào)節(jié)是典型的工業(yè)閉環(huán)調(diào)節(jié)。這種控制方式的主角是LCU，且應(yīng)用非常廣泛，由LCU采集到機(jī)組的有功、無功出力，繼而由LCU的主PLC程序，根據(jù)有功、無功的目標(biāo)值和實(shí)發(fā)值進(jìn)行PID運(yùn)算，在每一個(gè)PID運(yùn)算周期，輸出逐步遞減的脈寬信號，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的增、減有功、無功繼電器同步動(dòng)作及復(fù)歸，而增、減有功、無功這4個(gè)繼電器，與調(diào)速器系統(tǒng)及勵(lì)磁系統(tǒng)的連接，采用硬接線的方式，為減少干擾及誤動(dòng)，繼電器輸出接點(diǎn)，可采用兩付接點(diǎn)串行，硬接線可采用屏蔽、雙絞線，單獨(dú)敷設(shè)，并與高壓、高頻、大電流設(shè)備及其電纜保持安全距離。

3.水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)的非常規(guī)控制方式

目前，各大電網(wǎng)對各水電廠的有功、無功出力的品質(zhì)要求日趨嚴(yán)格，電力調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)備也日趨完善，對水電廠帶負(fù)荷的速率要求也越來越嚴(yán)格，如某電網(wǎng)對所轄水電廠帶有功功率的速率要求達(dá)到了80%額定負(fù)荷/分鐘。

水輪機(jī)有很大的慣性和滯后性，且水電廠水頭的變化也可能很頻繁，如果對有功負(fù)荷調(diào)節(jié)速率的要求很高，則監(jiān)控系統(tǒng)的PID控制很難用一組或者幾組參數(shù)來實(shí)現(xiàn)，往往是參數(shù)調(diào)整完畢后，勉強(qiáng)達(dá)到要求，而數(shù)天后甚至數(shù)小時(shí)、數(shù)分鐘后，因?yàn)樗^的變化、調(diào)速器油壓及油溫的變化、調(diào)速器協(xié)聯(lián)曲線或調(diào)節(jié)參數(shù)不完善等因素，PID參數(shù)又不適應(yīng)了，調(diào)節(jié)負(fù)荷時(shí)超調(diào)甚至震蕩嚴(yán)重，這樣就給計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)提出了新的難題。當(dāng)然，提高調(diào)速器系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)靈敏性、采用隨水頭變化調(diào)用多組PID參數(shù)、細(xì)化調(diào)速器協(xié)聯(lián)曲線和調(diào)節(jié)參數(shù)等等，還是可以解決此問題的。不過，水電廠無功功率的調(diào)節(jié)還是可以很容易地達(dá)到調(diào)度的要求，畢竟，勵(lì)磁系統(tǒng)的調(diào)節(jié)速率還是很快的。

不少專家提出了非常規(guī)的控制理念，即將有功功率的調(diào)節(jié)任務(wù)交由調(diào)速器來實(shí)現(xiàn)，監(jiān)控系統(tǒng)只是下發(fā)有功設(shè)定值給調(diào)速器，減少了監(jiān)控系統(tǒng)主動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)荷這個(gè)中間環(huán)節(jié)，提高了功率調(diào)節(jié)的效率。不過，此控制理念很早就已出現(xiàn)，但卻常常作為調(diào)速器的一個(gè)基本功能，在工程招投標(biāo)的時(shí)候提出來，很少使用，原因一是大家很難摒棄監(jiān)控系統(tǒng)主動(dòng)調(diào)節(jié)功率這一既成做法，二是擔(dān)心監(jiān)控系統(tǒng)與調(diào)速器系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)容易受到干擾等不可靠的因素，造成功率調(diào)節(jié)誤動(dòng)作，進(jìn)而遭到調(diào)度考核，甚至引起危險(xiǎn)，三是調(diào)速器系統(tǒng)采集的信號不如監(jiān)控系統(tǒng)廣泛，防誤動(dòng)作及保護(hù)閉鎖功能比較難實(shí)現(xiàn)。

本人近期對這種非常規(guī)的控制理念進(jìn)行了研究，以有功調(diào)節(jié)為例，在此跟大家分享，以拋磚引玉。

首先，在監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)畫面中添加功率調(diào)節(jié)方式選擇，可以在監(jiān)控系統(tǒng)常規(guī)PID控制方式和模出至調(diào)速器控制方式中進(jìn)行選擇，默認(rèn)常規(guī)控制方式。

監(jiān)控系統(tǒng)增加模出信號至調(diào)速器系統(tǒng)，將監(jiān)控系統(tǒng)的負(fù)荷設(shè)定值送至調(diào)速器，調(diào)速器系統(tǒng)增加模出信號至監(jiān)控系統(tǒng)，將調(diào)速器系統(tǒng)收到的監(jiān)控下發(fā)的負(fù)荷設(shè)定值返送給監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)也將調(diào)速器系統(tǒng)采集到的機(jī)組的功率實(shí)發(fā)值送給監(jiān)控系統(tǒng)，兩側(cè)均采用4-20mA標(biāo)準(zhǔn)模擬量，模出電纜采用屏蔽、雙絞線，單獨(dú)敷設(shè)，并與高壓、高頻、大電流設(shè)備及其電纜保持安全距離?；虿捎帽O(jiān)控與調(diào)速器雙方的通訊方式來傳送模擬量數(shù)據(jù)，通訊方式采用常規(guī)modbus規(guī)約，具體通訊細(xì)節(jié)雙方約定即可，通訊電纜要求同上，但以現(xiàn)地層modbus通訊方式來傳送控制信息，可靠性及安全性堪憂，因此不建議使用。

監(jiān)控系統(tǒng)以繼電器輸出的方式來傳送控制切換信號，由硬接線送至調(diào)速器系統(tǒng)，同時(shí)，調(diào)速器系統(tǒng)也將其當(dāng)前所處的狀態(tài)，即監(jiān)控控制還是調(diào)速器控制，返送給監(jiān)控系統(tǒng)。

接下來交由監(jiān)控系統(tǒng)主PLC來完成，修改程序?qū)崿F(xiàn)以下功能：

（1）監(jiān)控系統(tǒng)切調(diào)速器控制方式后，監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)新的功率設(shè)定值時(shí)，開始計(jì)時(shí)，三分鐘后（三分鐘也是監(jiān)控系統(tǒng)PID控制的調(diào)節(jié)時(shí)間，超出即認(rèn)為有故障存在，退出控制），如果實(shí)發(fā)值仍無法到達(dá)設(shè)定值，則認(rèn)為有故障存在，監(jiān)控系統(tǒng)將控制方式切回常規(guī)的監(jiān)控PID控制方式，同時(shí)上位機(jī)進(jìn)行報(bào)警。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)切調(diào)速器控制方式后，實(shí)時(shí)比較監(jiān)控系統(tǒng)的功率設(shè)定值和調(diào)速器返送來的功率設(shè)定值，如果差值超出一定的范圍，經(jīng)延時(shí)后仍無法恢復(fù)，則認(rèn)為信號傳送有誤或調(diào)速器故障，監(jiān)控系統(tǒng)將控制方式切回常規(guī)的監(jiān)控PID控制方式，同時(shí)上位機(jī)進(jìn)行報(bào)警。

（3）監(jiān)控系統(tǒng)切調(diào)速器控制方式后，實(shí)時(shí)比較監(jiān)控系統(tǒng)采集的功率實(shí)發(fā)值和調(diào)速器采集并送至監(jiān)控側(cè)的功率實(shí)發(fā)值，如果差值超出一定的范圍，經(jīng)延時(shí)后仍無法恢復(fù)，則認(rèn)為信號傳送有誤或調(diào)速器故障，監(jiān)控系統(tǒng)將控制方式切回常規(guī)的監(jiān)控PID控制方式，同時(shí)上位機(jī)進(jìn)行報(bào)警。

（4）監(jiān)控系統(tǒng)切調(diào)速器控制方式時(shí)，如在一定時(shí)間內(nèi)，調(diào)速器無法返送切換成功的信號即切換后的調(diào)速器控制方式信號，則認(rèn)為信號傳送有誤或切換失敗，監(jiān)控系統(tǒng)將控制方式切回常規(guī)的監(jiān)控PID控制方式，同時(shí)上位機(jī)進(jìn)行報(bào)警。

（5）監(jiān)控系統(tǒng)切調(diào)速器控制方式后，實(shí)時(shí)對調(diào)速器系統(tǒng)返送的功率控制方式進(jìn)行比較，如果不一致，則認(rèn)為信號傳送有誤或調(diào)速器側(cè)進(jìn)行了人為或保護(hù)性切換，監(jiān)控系統(tǒng)將控制方式切回常規(guī)的監(jiān)控PID控制方式，同時(shí)上位機(jī)進(jìn)行報(bào)警。

此外，調(diào)速器控制方式值班時(shí)，如監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測到調(diào)節(jié)過程中出現(xiàn)異常，由監(jiān)控系統(tǒng)將控制權(quán)切回監(jiān)控系統(tǒng)，接著進(jìn)行退出保護(hù)或輸出閉鎖并做相應(yīng)的報(bào)警。

4.綜述

本文針對水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)的特性，闡述了自己的觀點(diǎn)，通過工廠調(diào)試，證明此方案可行，安全性和穩(wěn)定性大幅提高，可作為水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)方式的備用值班方式，同時(shí)，在調(diào)試中對發(fā)現(xiàn)的不足之處及時(shí)給予修正，使本方案實(shí)用性更強(qiáng)，安全穩(wěn)定性更好，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求和目的。