林時來 胡永和

摘 要：對于水力發(fā)電站而言，水輪發(fā)電機是十分重要的設備，而調速系統(tǒng)能夠對其進行實時的控制，保證水輪發(fā)電機的安全和穩(wěn)定運行。本文以可編程序控制器為例，對其在水輪發(fā)電機組調速系統(tǒng)中的應用情況進行了分析，然后提出了改進的策略，希望能夠為相關的工作提供一定的參考。

關鍵詞：PLC；水輪發(fā)電機；調速

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.168

0 引言

除了對水輪發(fā)電機進行實時的控制，調速系統(tǒng)還需要完成開機、停機以及調整負荷等任務，相關研究人員也在不斷提高調速系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。目前而言，可編程序控制器（PLC）的性能優(yōu)良，可靠性很好，并且在眾多領域內(nèi)得到了廣泛的應用。

1 水輪發(fā)電機組調速系統(tǒng)簡介

一般而言，水輪發(fā)電機組調速系統(tǒng)的靜態(tài)特性以及動態(tài)特性比較容易實現(xiàn)，通過計算機技術以及信息處理技術，能夠很好地保障水輪發(fā)電機的平穩(wěn)運行，而可編程序控制器在水輪發(fā)電機組調速系統(tǒng)中的作用主要是提高系統(tǒng)的可靠性，并且解決一些復雜問題。可編程序控制器具有診斷功能，可以通過各個模塊搜集機組、電網(wǎng)的頻率，從而判斷機組的工作是否正常。當機組工作不正常時，就需要按照PID控制規(guī)律，對機組的轉速進行控制。不僅如此，調速系統(tǒng)可以與上位機進行通信，接受命令完成相應的操作，并且向上位機反饋自身運行的信息。上位機可以實時掌握調速系統(tǒng)的狀態(tài)和情況，這就便于工作人員對設備進行控制和管理。假設調速系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者是相關設備出現(xiàn)問題，故障信號可以直接發(fā)送到上位機，也可以發(fā)送到電站的二次回路，并且能夠進行聲光報警。

可編程序控制器的特點是可靠性高，但是應用到水輪發(fā)電機組調速系統(tǒng)中，還需要考慮硬件的成本，所以需要采用主-從結構，并且主要通過主機進行工作，如果出現(xiàn)故障，再通過操作面板進行調整。為了保證整個調速系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，需要對模擬量的輸入進行濾波處理。

2 提高可編程序控制器應用水平的策略

（1）提高處理速度。可編程序控制器與工業(yè)生產(chǎn)息息相關，而且PLC的設計也遵循工業(yè)控制系統(tǒng)的要求，所以能夠快速實現(xiàn)編程，并且對于應用的環(huán)境沒有特殊要求。但是需要注意的是，PLC的發(fā)展基礎和依據(jù)是順序控制，隨著VLSI的發(fā)展和成熟，PLC的應用范圍變得更加廣泛。水輪發(fā)電機組調速系統(tǒng)對于精度的要求十分嚴格，這就需要調速系統(tǒng)具備極快的處理速度，這對于大型PLC而言，可以很好地完成這項工作，可是大型PLC價格比較昂貴，成本較高，所以需要從小型PLC價格入手，提高處理速度和能力[1]。

1）控制算法。就PLC而言，在進行相關運算時，邏輯處理能力十分突出，但是功能比較單一，并且會占用大量的CPU，造成系統(tǒng)反應緩慢。水輪發(fā)電機組調速系統(tǒng)在運行過程中，會涉及大量不同類型的算法，特別是PID算法，這類算法對應不同的調節(jié)模式，所以導致CPU負擔過重。針對這種情況，需要改進控制算法，尤其是在一些變量沒有顯著變化或者是變化沒有產(chǎn)生較大影響時，就不需要重復進行控制運算，這樣能夠減少計算的時間和次數(shù)，從而減輕CPU的負擔，滿足調速系統(tǒng)的要求。

2）等級劃分。眾所周知，調速系統(tǒng)需要收集的狀態(tài)量很多，并且不斷接收命令，同時做出反饋，這些信息和命令需要一定的時間，而且不能疏忽大意，所以不能通過算法提高處理速度，而是需要對信息進行分級，對所有需要處理的信息按照程度輕重進行劃分，然后優(yōu)先采集那些相對重要的信息。可以通過智能接口單元，采集完成后進行預處理，然后再傳輸?shù)絇LC中，這樣就能夠優(yōu)先完成處理工作，減少PLC的工作量。

（2）豐富調節(jié)模式。目前，水輪發(fā)電機組應用的調速系統(tǒng)以及市場中常見的調速系統(tǒng)，都集中在轉速的調節(jié)上，但是調速系統(tǒng)不僅需要調節(jié)轉速，還要完成開機、停機等一系列的操作，所以靜態(tài)和動態(tài)指標不能準確衡量調速系統(tǒng)。加上我國電網(wǎng)的規(guī)模不斷擴大，發(fā)電機組的調速系統(tǒng)不僅要做好電網(wǎng)調頻工作，還要不斷調整自身負荷，這就需要改變開度設定值，這是因為開度和功率有一定聯(lián)系?？墒且恍┐笮偷陌l(fā)電站，改變開度對于功率的影響效果不明顯，只能通過功率直接設定負荷。科學研究表明，如果一個調速系統(tǒng)僅僅能夠調節(jié)轉速，盡管動態(tài)指標十分穩(wěn)定，但是仍然無法滿足市場和實際需求，這是由增減負荷的速度決定的，只有在增減負荷時保持較快的速度，才能真正滿足現(xiàn)場的需求?？梢酝ㄟ^增加前饋環(huán)節(jié)，提高后期的響應速度，從而在一定程度上改變功率，但是與開度的改變還存在直接的關系。國外的一些先進的調速系統(tǒng)在PLC的基礎上，增加了一些額外的調節(jié)功能，起到了一定的效果。為此，筆者嘗試設計一種多功能的調節(jié)模式，不僅涵蓋轉速調節(jié)，還包括開度調節(jié)和功率調節(jié)，這樣才能更好地適應社會的發(fā)展[2]。

（3）有關注意事項。需要注意的是，為了保證PLC正常工作，調速系統(tǒng)應該具備自動選擇的功能，也就是在選擇調節(jié)模式時，不支持手動選擇。但是也不是任何情況下都不允許手動選擇，如果水輪發(fā)電機組并入電網(wǎng)，并且正常運行，這時候如果要切換調節(jié)模式，就可以進行手動選擇。電站的工作人員需要根據(jù)實際情況，合理選擇調節(jié)模式。以開度的調節(jié)為例，如果機組需要降低開度，就需要手動選擇開度調節(jié)模式，而且在手動切換過程中，需要保證機組的平穩(wěn)運行，整個調速系統(tǒng)也要保證良好的狀態(tài)，嚴禁任何不當操作對系統(tǒng)產(chǎn)生干擾和破壞。當然，PLC可以根據(jù)檢測到的異常情況，直接進行自動切換，這是因為控制單元內(nèi)有容錯軟件，可以糾正失誤的操作，如果人為進行切換，需要進行確認，如果不進行確認，視為無效操作。調節(jié)模式之間的互相切換，會導致開度和功率發(fā)生相應的變化，所以操作需要簡單、準確和便捷。

3 結論

綜上所述，經(jīng)過分析，我們發(fā)現(xiàn)可編程序控制器在水輪發(fā)電機組調速系統(tǒng)中的應用完全符合實際情況，雖然存在一定的不足之處，但是經(jīng)過改進和優(yōu)化，可以很好地滿足我國水力發(fā)電站的正常運行。

參考文獻：

[1]孫偉華，周玉萍，邢立強.水輪發(fā)電機調速器中多項式方程法的應用分析[J].水電廠自動化，2015，36（02）：49-50.

[2]聶勇文.基于協(xié)同控制理論的水輪發(fā)電機組調速系統(tǒng)控制研究[D].華中科技大學，2016.