胡長碩　豐明星，唐燕秋

(1.水利部農(nóng)村電氣化研究所，浙江　杭州　310012；2.莘畈水庫管理處，浙江　金華　321000；

按前池水位調(diào)節(jié)機(jī)組出力的程序在阿克洽電站的應(yīng)用

胡長碩1，3豐明星2，唐燕秋1，3

(1.水利部農(nóng)村電氣化研究所，浙江杭州310012；2.莘畈水庫管理處，浙江金華321000；

3．水利部農(nóng)村水電工程技術(shù)研究中心，浙江杭州310012)

摘要：由于阿克洽電站前池進(jìn)水量變化比較大，會(huì)造成電站水頭變化較大，而水頭變化就會(huì)對(duì)機(jī)組的效率產(chǎn)生較大的影響，因此決定在電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中加入按前池水位變化調(diào)節(jié)機(jī)組出力的程序，并對(duì)該程序作了詳細(xì)介紹。圖3幅。

關(guān)鍵詞：水電站；前池水位；調(diào)節(jié)；自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)

1概述

阿克洽電站地處土耳其艾登省，電站額定水頭87.37 m，裝備3臺(tái)立式混流機(jī)組，裝機(jī)容量2×11 MW及1×5.5 MW，由杭州亞太水電設(shè)備成套技術(shù)有限公司提供全套水輪發(fā)電機(jī)組、輔助控制設(shè)備以及監(jiān)控系統(tǒng)。電站于2009年9月交付業(yè)主使用，運(yùn)行情況良好。由于阿克洽電站采用引水渠進(jìn)行引水，渠道長達(dá)34 km，同時(shí)渠道還有沿途農(nóng)田灌溉的作用，這就造成渠道中水進(jìn)入電站壓力前池的流量變化比較大。運(yùn)行人員需要經(jīng)常人工調(diào)節(jié)機(jī)組出力，以維持前池的水位在合理的范圍。2014年1月，應(yīng)業(yè)主要求，電站在監(jiān)控系統(tǒng)中增加了按前池水位自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)組出力的功能，進(jìn)一步減輕了運(yùn)行人員的工作強(qiáng)度，取得了良好的效果。

2電站監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

阿克洽電站現(xiàn)地監(jiān)控系統(tǒng)主要包括3套機(jī)組監(jiān)控屏、公用設(shè)備監(jiān)控屏以及前池閘門監(jiān)控屏。前池閘門監(jiān)控屏連接到水位傳感器上，通過采集水位傳感器上4～20 mA的信號(hào)采集前池水位。機(jī)組監(jiān)控屏和公用屏通過網(wǎng)線連接到工業(yè)交換機(jī)上，前池閘門監(jiān)控屏由于距離監(jiān)控室較遠(yuǎn)，采用單模光纜與工業(yè)交換機(jī)相連。監(jiān)控計(jì)算機(jī)采用2臺(tái)獨(dú)立電腦分別連接到工業(yè)交換機(jī)上，形成冗余結(jié)構(gòu)(見圖1)。

圖1阿克洽電站通訊原理示意

監(jiān)控屏內(nèi)選用施耐德Premium型號(hào)的PLC，監(jiān)控計(jì)算機(jī)選用西門子547B系列高性能工業(yè)級(jí)工控機(jī)。監(jiān)控系統(tǒng)采用IFIX組態(tài)軟件作為上位機(jī)軟件。

3必要性

阿克洽電站監(jiān)控系統(tǒng)具有AGC(Automatic Generation Control) 即自動(dòng)發(fā)電控制功能。當(dāng)電站機(jī)組運(yùn)行時(shí)，電站運(yùn)行人員只要設(shè)定每臺(tái)機(jī)組運(yùn)行的出力，自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)設(shè)定值自動(dòng)調(diào)整導(dǎo)葉開度，使機(jī)組的出力在設(shè)定值上下小范圍浮動(dòng)。

然而，對(duì)于阿克洽電站，由于電站前池進(jìn)水量變化比較大，會(huì)造成電站水頭變化較大，而水頭變化就會(huì)對(duì)機(jī)組的效率產(chǎn)生較大的影響。倘若前池水位變化較為劇烈，則可能導(dǎo)致水輪發(fā)電機(jī)組效率急劇降低，甚至?xí)绊憴C(jī)組的正常運(yùn)行。電站在AGC狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，若發(fā)電用水量超過來水量，引起壓力前池中水量逐漸減少，水位下降，水電站水頭降低，自動(dòng)化控制系統(tǒng)為保證機(jī)組達(dá)到設(shè)定的出力，只有增大導(dǎo)葉開度，使得通過機(jī)組的流量進(jìn)一步增加；從而使得前池水位進(jìn)一步下降，電站水頭更低，這樣的惡性循環(huán)會(huì)直接影響電站的經(jīng)濟(jì)效益。相反，當(dāng)發(fā)電用水量小于前池來水量時(shí)，壓力前池中水量逐漸增多，發(fā)電水頭增加，自動(dòng)化控制系統(tǒng)會(huì)減小導(dǎo)葉開度，使得發(fā)電用水量進(jìn)一步減小，從而可能導(dǎo)致棄水，同樣也會(huì)使電站的經(jīng)濟(jì)效益蒙受損失。

因此，在電站自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)中加入按前池水位調(diào)節(jié)機(jī)組出力的功能，將前池水位維持在一個(gè)合適的范圍，既能提高來水利用率又能夠極大地減輕運(yùn)行人員的工作強(qiáng)度，很有必要。

4控制原理

阿克洽電站監(jiān)控系統(tǒng)中監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過以太網(wǎng)與機(jī)組控制屏以及前池閘門監(jiān)控屏相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)的監(jiān)控。監(jiān)控計(jì)算機(jī)可通過對(duì)機(jī)組監(jiān)控屏中的PLC設(shè)定有功、無功的方式來調(diào)節(jié)機(jī)組出力。同時(shí)，前池閘門監(jiān)控屏連接了水位傳感器，并已經(jīng)通訊至上位機(jī)。所以，在上位機(jī)程序中可以通過邏輯編程，當(dāng)水位上升時(shí)增加機(jī)組出力，水位下降時(shí)減小機(jī)組出力，便可實(shí)現(xiàn)按前池水位變化來調(diào)節(jié)機(jī)組發(fā)電功率。

5控制實(shí)現(xiàn)

在計(jì)算機(jī)軟件中，先設(shè)定調(diào)節(jié)水位上限、調(diào)節(jié)水位下限、停機(jī)水位、功率調(diào)節(jié)變量、最小運(yùn)行功率、調(diào)節(jié)時(shí)間間隔等參數(shù)。

圖2壓力前池水位區(qū)域設(shè)定

設(shè)定以上參數(shù)之后，運(yùn)行人員可針對(duì)每臺(tái)正在運(yùn)行的機(jī)組開啟按前池水位變化調(diào)節(jié)機(jī)組出力的功能，機(jī)組即進(jìn)入按前池水位受計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制運(yùn)行模式(見圖2)。

如圖2所示，上限水位與下限水位之間的水位表示機(jī)組運(yùn)行的最佳水位。當(dāng)前池水位在調(diào)節(jié)水位上下限度區(qū)域內(nèi)波動(dòng)時(shí)，機(jī)組不進(jìn)行調(diào)節(jié)；當(dāng)前池水位超過調(diào)節(jié)水位上限時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)功能開始調(diào)大導(dǎo)葉開度，增加機(jī)組出力，直至每臺(tái)開啟自動(dòng)控制運(yùn)行功能的機(jī)組達(dá)到機(jī)組額定功率；當(dāng)前池水位低于調(diào)節(jié)水位下限時(shí)，自動(dòng)減小導(dǎo)葉開度，降低機(jī)組出力，直至每臺(tái)開啟自動(dòng)控制運(yùn)行功能的機(jī)組達(dá)到機(jī)組設(shè)定的最小運(yùn)行功率；當(dāng)前池水位低于停機(jī)水位時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)功能將關(guān)閉機(jī)組。

6控制邏輯

當(dāng)機(jī)組進(jìn)入按前池水位自動(dòng)控制運(yùn)行模式時(shí)，該功能模塊便開始運(yùn)行，其控制邏輯循環(huán)如下：

(1)判斷是否滿足設(shè)定調(diào)節(jié)時(shí)間間隔，如未滿足，則自動(dòng)結(jié)束。

(2)如滿足設(shè)定調(diào)節(jié)時(shí)間間隔，則判斷實(shí)際水位是否低于停機(jī)水位，如低于停機(jī)水位，則自動(dòng)結(jié)束。

(3)如實(shí)際水位高于停機(jī)水位，則判斷實(shí)際水位是否位于調(diào)節(jié)水位上下限區(qū)域之內(nèi)，如位于該區(qū)域內(nèi)，則無需調(diào)節(jié)，自動(dòng)結(jié)束。

(4)如實(shí)際水位不在調(diào)節(jié)水位上下限區(qū)域之內(nèi)，則分兩種情況繼續(xù)操作：

情況1：實(shí)際水位高于調(diào)節(jié)水位上限時(shí)，判斷當(dāng)前功率+功率調(diào)節(jié)變量是否超過機(jī)組最大功率，如超過，則將機(jī)組功率設(shè)為最大功率；如未超過，則將機(jī)組功率設(shè)為“當(dāng)前功率+功率調(diào)節(jié)變量”。

情況2：實(shí)際水位低于調(diào)節(jié)水位下限時(shí)，判斷“當(dāng)前功率-功率調(diào)節(jié)變量”是否低于機(jī)組最小功率；如低于最小功率，則將機(jī)組功率設(shè)為最小功率；如未低于最小功率，則將機(jī)組功率設(shè)為“當(dāng)前功率-功率調(diào)節(jié)變量”的值。

(5)邏輯程序自動(dòng)結(jié)束，并按照調(diào)節(jié)時(shí)間間隔自動(dòng)循環(huán)(見圖3)。

圖3　按前池水位變化調(diào)節(jié)機(jī)組出力的控制邏輯循環(huán)

7結(jié)語

阿克洽電站在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中加入按前池水位變化調(diào)節(jié)機(jī)組出力的功能后，監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)來水特征進(jìn)行機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行，保證了單位流量的發(fā)電量，并避免了棄水現(xiàn)象的發(fā)生，簡(jiǎn)便輕松地提高了電站經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，電站運(yùn)行人員更是實(shí)現(xiàn)了對(duì)電站的“傻瓜式”運(yùn)行，工作強(qiáng)度也減輕了很多，達(dá)到了預(yù)期的效果。

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責(zé)任編輯吳昊

收稿日期：2016-03-24

作者簡(jiǎn)介：胡長碩(1980-)，男，工程師，主要從事水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)及項(xiàng)目管理工作。

E_mail:cshu@hrcshp.org