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)代化水電站運行方面，需要從不適宜的傳統(tǒng)手動控制方法中走出來，建立先進性較強、可靠性較強及便捷性較強的控制系統(tǒng)，這是目前我國水電站最為主要的目標。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)的具體性設計流程，旨在為相關(guān)工作的順利推進提供有效參考。

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

電力系統(tǒng)的運行過程較為復雜，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存，普遍情況下電力都會處于平衡的狀態(tài)中，而用電與此不同，會隨時處于變化之中，所以電力也需要具有隨時變化的能力，這是保持電網(wǎng)頻率的有效方式，如此狀態(tài)下絕不會對用電造成任何的危害。水電是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的最佳調(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)和微機繼電保護技術(shù)進行結(jié)合，是保證水電站控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)保證，當然也是提升經(jīng)濟效益的最佳方式。

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)字運算操作電子系統(tǒng)裝置，設計的出發(fā)點是工業(yè)現(xiàn)場。利用的存儲器具有較強的編輯性，其存儲執(zhí)行、運算、控制及算術(shù)運算等各種操作指令都需要在存儲器的內(nèi)部進行，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)外圍設備的設計中，始終需要堅持一個基本原則，即易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體及拓展其功能。

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)勢是：高性價比、高電磁兼容性、超強抗沖性，并且適應性較強，近些年在電力、能源、汽車、紡織等各行各業(yè)中的應用十分廣泛，能實現(xiàn)監(jiān)測和控制的目的。最為關(guān)鍵的一點是能最大限度滿足中等性能的使用要求，比如各單獨模塊可以根據(jù)實際的需求進行合理的組合與擴展。同時，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。

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)分主控級和現(xiàn)地控制級兩層，其方式是上位機數(shù)據(jù)庫和集中控制計算機數(shù)據(jù)庫兩種，這樣能及時將數(shù)據(jù)量進行分散，并對監(jiān)視、操作、數(shù)據(jù)采集及命令執(zhí)行過程進行分散。網(wǎng)絡結(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，同時其傳輸速率不能少于100Mbps。借助水電站控制系統(tǒng)能對站內(nèi)的主要機電設備進行合理控制，并對其運行情況進行全面性的監(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、具體應用分析

1、水電站主控級

第一，數(shù)據(jù)采集和處理方面。采集數(shù)據(jù)需要以周期性的進程推進，采取的主要信息是各LCU收集的實時數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的實時更新目的。并保持運行時的數(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。對各LCU收集到的實時數(shù)據(jù)要及時分析與處理，及時將其傳送至調(diào)度中心的計算機監(jiān)控系統(tǒng)中。

第二，實時監(jiān)控狀態(tài)。這里所指的監(jiān)控狀態(tài)實質(zhì)上就是指狀態(tài)的實時變化情況，并且分為兩種類型：自動狀態(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，都需要進行及時的記錄、顯示與打印，對其進行合理區(qū)分。其中的開關(guān)事故變位，對事故的處理會提出指導性建議，并且里面的畫面會進行閃爍與變色，能將事故追憶記錄及時打印出來。

除了上述兩點的應用外，還被普遍運用到趨勢分析及越限監(jiān)視、過程監(jiān)視及報警記錄等幾方面，對于水電站控制系統(tǒng)的正常運行都有較大的影響。

2、水電站現(xiàn)地控制級

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

3、自動發(fā)電控制

自動發(fā)電控制存在的目的，就是對電站的頻率、高壓線的輸送功率進行科學、及時的控制。而在自動發(fā)電控制過程中，需要堅持一個基本標準，即調(diào)度中心下達的發(fā)電功率等要求，用固定原則先確定好需要幾臺運行機組，之后將具體要求發(fā)送過去，最后借助機組的組合方式和機組間最佳有功率分配，實現(xiàn)電站機組出力的閉環(huán)調(diào)節(jié)目的。

4、自動電壓控制

對機組間的無功功率需要進行合理性的分配，利用機組控制單元中的調(diào)節(jié)機組成勵磁，實現(xiàn)對電力范圍的最佳維持目的。定期對電壓給定值與測量值進行比較性分析，以兩者之間的偏差為基礎(chǔ)，對電站無功功率所需要的目標值進行PI調(diào)節(jié)計算。與此同時也發(fā)現(xiàn)了一個問題，無功率目標值和PI調(diào)節(jié)計算所得的積分項，都會受并網(wǎng)機組無功負荷能力的影響。所以無功功率目標值的確定還需要由聯(lián)合調(diào)節(jié)機組間進行分配，這樣才能精準的計算出無功功率的目標值。當無功功率目標值和測量值比較中出現(xiàn)偏差時，需利用PI調(diào)節(jié)計算出機端電壓給定值，最終將之傳送到LCU環(huán)節(jié)進行執(zhí)行。

【總結(jié)】

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

參考文獻：

[1]PLC技術(shù)在水電站控制系統(tǒng)中的應用[J].徐斌. 現(xiàn)代冶金. 2010（04）

[2]淺談水電站AGC控制系統(tǒng)的投運調(diào)試[J]. 龍川. 水電站機電技術(shù). 2016（02）