【正文】 ................................................ 22 PLC機組控制單元的軟件設(shè)計 ......................................................................... 24 5. 4機組控制程序的特殊功能實現(xiàn) ...................................... 28 機組故障閃光報警程序的設(shè)計 ......................................................................... 28 機組快速閘門控制程序的設(shè)計 ......................................................................... 29 6水輪機調(diào)速器的模糊控制 ...................................... 31 述 ......................................................... 31 常規(guī) PID 調(diào)節(jié)規(guī)律 .......................................................................................... 31 模糊控制 ......................................................................................................... 31 6. 2水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)數(shù)學模型 .......................................... 32 6. 3水輪機模糊 PID控制系統(tǒng) .......................................... 34 模糊控制系統(tǒng)的組成 ....................................................................................... 34 模糊參數(shù)自適應(yīng) PID控制系統(tǒng) ......................................................................... 35 6. 4仿真結(jié)果及分析 ................................................. 36 6. 4. 1 水輪機調(diào)速器的仿真 ..................................................................................... 36 控制性能仿真比較 ........................................................................................... 36 魯棒性仿真試驗 .............................................................................................. 37 結(jié) 論 ...................................................... 38 參 考 文 獻 .................................................. 39 致 謝 ...................................................... 40 攀枝花學院?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 引 言 1 引 言 我國小水電資源非常豐富，全國近 1／ 2 的地域、 1／ 3 的縣和 1／ 4 的人口主要靠中小水電供電。但多數(shù)小水電站沿襲幾十年來的一貫?zāi)Ｊ?，采用常?guī)設(shè)備與技術(shù)，自動化程度低下，元器件繁多，體積龐大，操作復雜，維護困難，發(fā)揮不了應(yīng)有的生產(chǎn)效益。特別是農(nóng)村小型水電站 (AC400V、 630kW 及以下低壓機組 )為降低造價，水 輪機操作器和發(fā)電機勵磁設(shè)備十分簡易，自動化程度相當?shù)?，運行成本高。隨著新技術(shù)、新材料、新工藝在傳統(tǒng)小水電站的應(yīng)用，特別是自動化技術(shù)在小水電站的推廣應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)原有的水輪發(fā)電機組配套的操作器、勵磁設(shè)備存在與自動控制不匹配的問題，如果采用微機型的調(diào)速器和勵磁系統(tǒng)，往往價格很高，不適合在農(nóng)村小水電站中推廣。本著“經(jīng)濟實用、安全可靠”的原則，不斷設(shè)計、改進、完善小水電站新型配套設(shè)備，包括： TC 型 (彈簧蓄能型 )水輪機操作器、 HU 液壓控制柜 (氮氣罐儲能 )和新型防雷與抗干擾裝置，這些新型設(shè)備與電站自動化系統(tǒng)配套使用，可以降 低系統(tǒng)造價，提高系統(tǒng)的可靠性，更好地發(fā)揮自動控制性能，特別適用于經(jīng)濟與技術(shù)相對落后廣大農(nóng)村小水電站。 計算機監(jiān)控技術(shù)是水電站綜合自動化技術(shù)的基礎(chǔ)，它的發(fā)展和應(yīng)用，對提高水電站的自動化水平起到了關(guān)鍵性的作用。由于該技術(shù)的實施需要一定的技術(shù)和資金的支持，目前大中型水電站已普遍采用了該項技術(shù)，而小型水電站對該項技術(shù)的應(yīng)用則剛剛起步。 有關(guān)水電站綜合自動化的研究成果，據(jù)查閱的 57 篇論文中，涉及到小型水電站的僅有 5 篇。而我國是水力資源比較豐富的國家，其中小型水電站的裝機容量占到水電站總裝機容量的 50%以上。因此 如何針對小型水電站的特點，研究開發(fā)合適的，既經(jīng)濟又實用的計算機監(jiān)控系統(tǒng)，從而提高電能質(zhì)量、降低成本，是一項具有現(xiàn)實意義的課題。攀枝花 學院?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 1 緒論 2 1 緒 論 小型水電站監(jiān)控系統(tǒng)研究的意義 我國小水電資源十分豐富，可開發(fā)量達 8700 萬千瓦，居世界第一位。但目前小水電開發(fā)程度仍很低，僅占可開發(fā)資源的 % ,隨著國家對生態(tài)環(huán)境日益重視，小水電作為我國最主要的清潔可再生能源，在電力結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)調(diào)整中具有重要的地位。“十五”計劃將裝機容量 2. 5 萬千瓦以下的農(nóng)村水電納入可再生能源范疇，提出要開展小水電現(xiàn)代化 建設(shè)，用 5 年或稍長一點時間，使 5096 的農(nóng)村水電站和電網(wǎng)采用現(xiàn)代化技術(shù)，達到現(xiàn)代化水平；同時也明確提出要求新建農(nóng)村水電站都要按無人值班 (少人值守 )進行設(shè)計和建設(shè)，二十世紀九十年代以前建設(shè)的水電廠，要按總體目標做出更新改造計劃，在 2O10 年前全部實現(xiàn)無人值班 (少人值守 )。 采用水電站監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)水電站的自動化，就是要使水電站生產(chǎn)過程的操作、控制和監(jiān)視，能夠在少人或無人直接參與的情況下，按預定的計劃或程序自動的進行。水電站實現(xiàn)自動化的目的在于提高工作的可靠性和運行的經(jīng)濟性；提高電能質(zhì)量；改善勞動環(huán)境和減少運行人 員。目前的水電站大多采用分層分布式的水電站自動化系統(tǒng)，盡可能的提高水電站的自動化水平己經(jīng)是發(fā)展的必然趨勢閣。近幾年，我國電網(wǎng)中水電站的自動化水平發(fā)生著巨大的變化，大量采用先進自動化技術(shù)的水電站正在興建或己經(jīng)并網(wǎng)發(fā)電，有些還實現(xiàn)了無人值班。隨著電力系統(tǒng)自動化的發(fā)展，對供電質(zhì)量的要求不斷提高，在小型水電站中，實現(xiàn)自動監(jiān)控就尤其重要。老水電廠因起點低 (基于多人值班 )、設(shè)備技術(shù)相對落后，資金少，其監(jiān)控系統(tǒng)的改造只能采用以計算機為主、簡化常規(guī)為輔的模式。 但目前國內(nèi)中小水電站實現(xiàn)自動化和無人值班的改造，由于缺乏可供選 用的性價比合適的自動化設(shè)備，大多仍沿用大中型水電站微機監(jiān)控模式，很多中小電站的二次設(shè)備包括現(xiàn)地控制單元，同期裝置，調(diào)速器，勵磁調(diào)節(jié)器，保護等設(shè)備都是按功能劃分的單個設(shè)備。再加上風，水，油，廠用電等輔助設(shè)備系統(tǒng)，為了實現(xiàn)電站無人值班，要實現(xiàn)多種設(shè)備的接口與通訊，完成復雜的系統(tǒng)集成，其復雜程度與大型電站相差無幾，真可謂麻雀雖小，五臟俱全，結(jié)果是盤柜數(shù)多，結(jié)線復雜，使用掌握困難，既大大增加了用戶投資，也給電廠設(shè)備操作和維護增加了復雜性。少數(shù)小水電采用 PLC 可編程控制為主的集中控制，對小型水電站的所有信號采集上來進 行監(jiān)測與控制，這樣只要整個系統(tǒng)的某個部分出錯或者故障，則影響整個水電站系統(tǒng)的安全運行。所以開發(fā)研制滿足小型水電廠自動化改造的攀枝花 學院專科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 緒論 3 新型水電站系統(tǒng)，采用相對獨立的通用單元監(jiān)控裝置對小型水輪發(fā)電機組實行一對一的控制與檢測，對小水電站提 高自動化水平，實現(xiàn)無人值班有重大的意義。 水電站計算機控制現(xiàn)狀及發(fā)展 水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)是水電站綜合自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是采用計算機技術(shù)、微機保護技術(shù)以及通信技術(shù)，對電站進行保護、測量、監(jiān)控、報警和數(shù)據(jù)遠方交換的綜合性自動化系統(tǒng)。水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)，首先是設(shè)備控制自動化， 然后是監(jiān)控和計算機監(jiān)控系統(tǒng)?？刂谱詣踊ǔＲ?guī)自動化控制和計算機控制，監(jiān)控包括繼電器監(jiān)控和計算機監(jiān)控。 水電站計算機控制技術(shù)的發(fā)展 水電站自動化技術(shù)是從 20 世紀初才發(fā)展起來的，此前的水電站控制是采用人工手動操作的方式來控制的。到四十年代，幾乎所有水電站都采用了主機和控制一體化的直接控制方式；五十年代引入了遠方控制技術(shù)，可以從遠處對主機進行監(jiān)測、控制、保護；六十年代，由于采用了半導體技術(shù)，控制回路向電子化、小型化、無觸點化方向發(fā)展。美國首先將計算機應(yīng)用到水電站，實現(xiàn)了水電站中控室的集中監(jiān)控；七十年代 后期，集散型監(jiān)控系統(tǒng) (DCS)開始出臺。從八十年代中期開始，計算機技術(shù)的發(fā)展突飛猛進，以計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通訊技術(shù)為核心的“ 3C”技術(shù)已經(jīng)成為水電站監(jiān)控系統(tǒng)的主要特征；進入九十年代，隨著計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，計算機監(jiān)控系統(tǒng)開始向開放式分布系統(tǒng)邁進； 21 世紀，隨著因特網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與成熟，賦予了現(xiàn)代水電站綜合自動化新的內(nèi)涵。它不僅要實現(xiàn)水電站的過程自動控制、報表的自動生成與打印等基本功能，更主要的是體現(xiàn)其高速的網(wǎng)絡(luò)功能，通過高速網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的信息傳遞交換，實現(xiàn)資源共享。充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，開發(fā)出符合水電站特征的 應(yīng)用軟件，是現(xiàn)代水電站所追求的目標。 水電站計算機監(jiān)控技術(shù)的現(xiàn)狀 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機的性能日趨完善而價格日益下降，計算機已深入到水電站自動化的各個領(lǐng)域。首先主要用于監(jiān)視電臺工況和各種離線計算，后來逐漸發(fā)展，進入電站的控制領(lǐng)域，從順序控制到閉環(huán)調(diào)節(jié)控制，所實現(xiàn)的功能越來越復雜。計算機不僅能監(jiān)視全水電站的運行，而且還可以構(gòu)成控制調(diào)節(jié)裝置 (這里的計算機主要是微處理機 )來取代常規(guī)的用布線邏輯電路構(gòu)成的機組基本控制裝置，如調(diào)速器、勵磁裝置、同期并列裝置等。近年來，計算機在水電站上的應(yīng)用已超越了電能 生產(chǎn)的范圍，在水情測報、水工建筑的監(jiān)測等方面也出現(xiàn)了計算機監(jiān)控系統(tǒng)。因此可見水電站的計算機監(jiān)控將不容置疑地成為水電站自動攀枝花 學院?？飘厴I(yè)設(shè)計（論文） 1 緒論 4 化發(fā)展的主要方向。 ⑴ 國外發(fā)展概況 發(fā)達國家己經(jīng)普遍實現(xiàn)發(fā)全廠自動化，樞紐水電站集中監(jiān)控自動經(jīng)濟運行，水情信息測報，電站基礎(chǔ)自動化完善，運行可靠，水電站的安全經(jīng)濟運行達到了很高的水平，普遍實現(xiàn)了少人或無人值班。 法國電力系統(tǒng)運行的水力發(fā)電設(shè)施約有 500 個左右，基本上全是自動化操作。這些發(fā)電設(shè)施一般位于山區(qū)。大約 50%的發(fā)電設(shè)施發(fā)電量不足 5000KW，并 且無人操作。早在 1988 年，法國電力系統(tǒng)水力發(fā)電部門就感到降低操作費用是非常必要的。于是開發(fā)了“ TELLEX”遙控運行系統(tǒng)，它具有以下特點 :遠程監(jiān)測、運行數(shù)據(jù)的遠程查詢、遠程診斷、生成運行數(shù)據(jù)報表、查詢、輔助分析、遠程控制、遠程維護。但是，國外產(chǎn)品的板面按鍵操作比較復雜，需要工作人員的操作水平較高，這與我國現(xiàn)場操作人員素質(zhì)較低的現(xiàn)狀不適應(yīng)。加之國外產(chǎn)品昂貴的價格，所以難于適應(yīng)我國的水電系統(tǒng)。 ⑵ 國內(nèi)發(fā)展概況 我國的水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)在經(jīng)歷了“六五”的試點，“七五”的推廣 (己經(jīng) 取得了明顯的經(jīng)濟效益，現(xiàn)在己經(jīng)進入成熟發(fā)展階段 )。已有 20 多座水電站基本上建成了計算機監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了不同程度的計算機監(jiān)控和經(jīng)濟運行。進入90 年代后期，國內(nèi)已經(jīng)出現(xiàn)了一批以微機為基礎(chǔ)的自動化裝置，如南瑞、許繼等廠家研制生產(chǎn)的線路保護、變壓器主保護、變壓器后備保護、發(fā)電機保護、微機自動準同期等基礎(chǔ)自動化裝置，為水電站綜合自動化系統(tǒng)的設(shè)計提供了必要的設(shè)備保障。目前，國內(nèi)水電站紛紛投資進行以計算機監(jiān)控為基礎(chǔ)的綜合自動化系統(tǒng)工程的更新改造。 湖南華方電力科技有限公司生產(chǎn)的 FS300 系列水電站綜合自動化裝置包括 :FS313 機組綜合測量單元 (完成機組電氣量及溫度量的測量 )； FS310 機組現(xiàn)地控制單元 (能夠監(jiān)視和控制水輪機組的生產(chǎn)過程，檢測并處理各種常規(guī)信號，將生產(chǎn)過程中的實時數(shù)據(jù)，各