【導(dǎo)讀】是青銅峽水電廠的現(xiàn)地控制單元。設(shè)計(jì)時(shí)通過比較集中式、功能分散式和分層分布式。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式的特點(diǎn)，選擇了全分布開放式結(jié)構(gòu)。對現(xiàn)地控制單元的設(shè)計(jì)和機(jī)組順序控制框圖設(shè)計(jì)。第三部分是用于現(xiàn)地控。制單元的PLC類型選擇和組態(tài)。第四部分是水電廠自動(dòng)發(fā)電控制算。占地面積小、外部電纜數(shù)量少，水電站造價(jià)低。前者基于可編程控器功能分布的“集成型”，技術(shù)比較成。用型”計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)越來越是目前國內(nèi)應(yīng)用和研究的重點(diǎn)。大多數(shù)水電站的改造是成功的。廣泛的應(yīng)用前景。中，大部分采用以計(jì)算機(jī)監(jiān)控為主、常規(guī)設(shè)備為輔的方式，即CBSC方式。屬設(shè)備采用PLC控制，機(jī)組自動(dòng)化程度上升到一個(gè)新的臺階。統(tǒng)結(jié)構(gòu)先進(jìn)；監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的可靠性；設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)分散；減少誤操作風(fēng)險(xiǎn)；而對于小型水電站，目前已經(jīng)成為我國推進(jìn)農(nóng)村電氣化。例如，選型時(shí)未充分考慮電站容量與單機(jī)容量，片面追。求設(shè)備的可靠性，沒有充分考慮電站和機(jī)組的具體要求及監(jiān)控系統(tǒng)的功能，

　　

【正文】 機(jī) 組由發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相程序框圖，如圖 43所示 發(fā) 出 調(diào) 相 令調(diào) 相 動(dòng) 作 繼 電 器 動(dòng) 作機(jī) 組 負(fù) 荷 至 空 載導(dǎo) 水 葉 全 關(guān)調(diào) 相 壓 水 控 制 裝 置 投 入給 氣 閥 開 啟轉(zhuǎn) 輪 室 水 位 壓 與 下 限給 氣 閥 關(guān) 閉開 限 自 動(dòng) 開 關(guān)調(diào) 相 壓 水 指 示 燈 亮調(diào) 相 動(dòng) 作 繼 電 器 復(fù) 歸圖 43機(jī)組發(fā)電轉(zhuǎn)調(diào)相程序框圖設(shè)計(jì) 機(jī)組調(diào)相轉(zhuǎn)發(fā)電程序框圖，如圖 44 所示 發(fā) 開 機(jī) 令開 機(jī) 繼 電 器 動(dòng) 作轉(zhuǎn) 速 調(diào) 整 機(jī) 構(gòu) 正 轉(zhuǎn) ， 機(jī) 組 帶 上 預(yù) 定 負(fù) 荷調(diào) 相 運(yùn) 行 繼 電 器 復(fù) 歸給 氣 閥 和 補(bǔ) 氣 閥 關(guān) 閉 開 限 自 動(dòng) 全 開開 機(jī) 繼 電 器 復(fù) 歸開 限 開 至 啟 動(dòng) 開 度發(fā) 電 狀 態(tài) 指 示 燈 亮開 機(jī) 電 磁 閥 動(dòng) 作圖 44機(jī)組調(diào)相轉(zhuǎn)發(fā)電程序框圖設(shè)計(jì) 水電站機(jī)組開停機(jī) PLC 程序 青銅峽水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 青銅峽水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 第 六 章 水電站機(jī)組 水電站自動(dòng)發(fā)電控制（ AGC） 算法選 擇 水電廠自動(dòng)發(fā)電控制是電網(wǎng)自動(dòng)發(fā)電控制的一個(gè)子系統(tǒng)。如何 實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)分配給電廠的需發(fā)功率是水電廠自動(dòng)發(fā)電控制的任務(wù)。因此水電廠自動(dòng)發(fā)電控制的任務(wù)可以歸納為，在滿足各項(xiàng)限制條件的前提下，以迅速、經(jīng)濟(jì)的方式控制整個(gè)有功功率來滿足系統(tǒng)的需要。具（王定一等，水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)視與控制）。寧夏青銅峽水電站是西北電網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)頻電廠，總裝機(jī)容量為 。青銅峽水電廠自動(dòng)發(fā)電控制（ AGC）相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型可以描述為： ???Ni iii PQuC 1 )(m inm in 約束條件為：dNi ii PPu ???1 sdgiNi i pppu ???? m a x1 m axm in iii ppp ?? 其中 ui=1 表示機(jī)組運(yùn)行 ,ui=0 表示機(jī)組停機(jī)。式（ 2）表示電廠的功率平衡要求， Pd表示 i 時(shí)段的水電廠的負(fù)荷要求；式（ 3）表示機(jī)組容量除滿足當(dāng)時(shí)的功率平衡要求外，還能滿足旋轉(zhuǎn)備用要求， Ps 表示旋轉(zhuǎn)備用要求；式（ 4）表示機(jī)組出力的上下限要求。 模型中還需要考慮實(shí)際運(yùn)行中對電 廠和機(jī)組的其他要求，如：避開機(jī)組氣蝕振動(dòng)區(qū)、機(jī)組起停要求、水庫水位約束、下游泄水量等。（伍永剛，水電廠 AGC 策略與技術(shù)實(shí)現(xiàn)） 水輪機(jī)組效率曲線交點(diǎn)法 當(dāng)水電廠裝設(shè)相同機(jī)組時(shí)，即可采用水輪機(jī)組合效率曲線交點(diǎn)法求出最佳運(yùn)行機(jī)組數(shù) ，如圖 71所示 。 具體方法是根據(jù)制造廠提供的水輪機(jī)模型特性曲線，求出各種水頭下不同運(yùn)行機(jī)組數(shù)是的效率特性曲線 ?=f(P,H,n),又稱水輪機(jī)組組合效率曲線。將不同水頭下的水輪機(jī)機(jī)組組合效率曲線繪制在同一坐標(biāo)中，其中水頭按從高到低分布。分別找出高水頭和低水頭下水輪機(jī)組組合效率曲 線的交點(diǎn)。 青銅峽水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 將高低水頭下相同運(yùn)行機(jī)組臺數(shù)的交點(diǎn)連接起來。就得到了不同水頭下的理論開停機(jī)特性曲線。這種方法應(yīng)用僅限于設(shè)有相同機(jī)組的水電廠，當(dāng)水電設(shè)有不同機(jī)組，或者運(yùn)行多年后各臺機(jī)組動(dòng)力特性相差較大時(shí)，就不能采用此法。 12345dabcd 1a 1b 1c 1電 廠 實(shí) 發(fā) 功 率 P G TPη(%)圖 61水輪機(jī)組合效率曲線 圖 71 中， 1,2,3,4， ? ,表示機(jī)組運(yùn)行數(shù)，上部曲線代表高水頭，下部曲線代表低水頭。 功率反饋法 此法的中心思想是，在運(yùn)行中調(diào)整各臺機(jī)組的出力或啟停，使各臺機(jī)組均運(yùn)行于水輪機(jī)效率曲線的最高點(diǎn)附近，通 常取177。 1%。此法的優(yōu)點(diǎn)是算法簡單。但是，從理論上來說，電廠設(shè)有不同機(jī)組時(shí)，它不能給出最佳運(yùn)行機(jī)組的組合。此外，此法確定運(yùn)行最佳運(yùn)行機(jī)組數(shù)和組合數(shù)是在運(yùn)行中不斷啟停和調(diào)整機(jī)組功率來實(shí)現(xiàn)的，因此時(shí)間需要時(shí)間較長。 動(dòng)態(tài)規(guī)劃法 動(dòng)態(tài)規(guī)劃法是運(yùn)籌學(xué)的一個(gè)分支。它是解決多階段決策過程最優(yōu)化的一種方法。多階段過程，由于其特殊性，可將過程劃分為若干相互聯(lián)系的階段，在它的每一個(gè)階段都需作出決策，并且每一階段的決策確定以后，常影響下一個(gè)階段的決策，從而影響整個(gè)過程的活動(dòng)路線。現(xiàn)在，將其運(yùn)用 到水電廠自動(dòng)發(fā)電控制上來。 目標(biāo)函數(shù)、聯(lián)系方程和限制方程前面已作介紹。我們把不同機(jī)組數(shù)參加運(yùn)行看成不同的階段。此法的最大優(yōu)點(diǎn)是，可以允許電廠設(shè)有不同的機(jī)組，并且同時(shí)可以確定那臺機(jī)運(yùn)行，各運(yùn)行機(jī)組發(fā)多少功率。但缺點(diǎn)是動(dòng)態(tài)規(guī)劃法的計(jì)算工作量比較大，因此不適用與機(jī)組臺數(shù)較多的水電廠。 開停機(jī)指標(biāo)數(shù)法 確定各種類型最佳運(yùn)行機(jī)組數(shù)以后，還應(yīng)確定各種類型機(jī)組應(yīng)運(yùn)行的機(jī)組臺號。確定應(yīng)運(yùn)行機(jī)組的臺號時(shí)，不僅應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)因素，還應(yīng)考慮安全因素。開停機(jī)指標(biāo)數(shù)法是確定那臺機(jī)組運(yùn)行時(shí)，先考慮下列因素： a. 機(jī)組停機(jī)至少已滿足某一時(shí)間（該時(shí)間由具體情況而定 ）。 b. 并入系統(tǒng)運(yùn)行累計(jì)時(shí)間最短的機(jī)組優(yōu)先開。 c. 距上次停機(jī)時(shí)間長達(dá) n天的優(yōu)先開（ n 的具體值由具體情況而定）。 在確定那臺機(jī)停運(yùn)時(shí)，需考慮下列因素： a. 機(jī)組并入系統(tǒng)運(yùn)行至少已滿足某一時(shí)間（該時(shí)間由具體情況而定）。 b. 并入系統(tǒng)運(yùn)行累計(jì)時(shí)間最長的機(jī)組優(yōu)先停。 c. 至少要用機(jī)組供廠用電。 等微增率法 當(dāng)運(yùn)行機(jī)組臺號確定后，下一步要解決各運(yùn)行機(jī)組帶多少負(fù)荷最經(jīng)濟(jì)的問題。如果電廠安裝相同的機(jī)組，而且機(jī)組的動(dòng)力特性差不大時(shí)，最簡單的方法是，等負(fù)荷分配。這樣做，最容易實(shí)施，計(jì)算時(shí)間最短。但如果水電廠安裝有不同機(jī)組，或者各機(jī) 組動(dòng)力特性相差較大時(shí)，按等負(fù)荷分配會導(dǎo)致不經(jīng)濟(jì)。這時(shí)，最經(jīng)濟(jì)的是采用等微增率分配機(jī)組間負(fù)荷。等微增率法要求機(jī)組的微增率特性是單調(diào)上升的，即所謂凸函數(shù)，如果不滿足，應(yīng)做適當(dāng)修正。 拉格朗日算子法 青銅峽水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 拉格朗日算子法解決的是各臺機(jī)經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配。此法的關(guān)鍵是，要找到適當(dāng)?shù)亩味囗?xiàng)式來表示機(jī)組流量 — 功率特性。一般要求用最小二乘法來對原始特性進(jìn)行逼近。 遺傳算法 機(jī)組優(yōu)化組合含有大量的 0— 1 變量和連續(xù)變量，優(yōu)化問題所涉及的限制因素比較多，解空間較大，且參變量和目標(biāo)值的關(guān)系相當(dāng)復(fù)雜，是一個(gè)高維數(shù)、離 散的、非凸的、非結(jié)構(gòu)化問題，即 NP完全問題。目前，對于這類混合變量組合問題的常用求解方法有：優(yōu)先順序法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法、混合整數(shù)規(guī)劃法、局部尋優(yōu)法、拉格朗日松弛法和遺傳算法等。遺傳算法規(guī)避了結(jié)果粗糙，維數(shù)災(zāi)，目標(biāo)函數(shù)性態(tài)約束等缺點(diǎn)，通過自然選擇和雜交變異等遺傳操作提高了適應(yīng)值和全局優(yōu)解的實(shí)現(xiàn)，方法靈活，搜索率高，并且適合并行處理，為解決水電廠水輪發(fā)電機(jī)組自動(dòng)發(fā)電控制提供了有效的解決方法。 遺傳算法的基本思想由美國 Michigan 大學(xué) 教師于 1962 年提出，基于 Darwin 的生物進(jìn)化論和 Mendel 的基因遺傳學(xué)說，用數(shù)學(xué)方法模擬進(jìn)化演變的過程，將對問題的求解轉(zhuǎn)化為一群“染色體”（用一串二進(jìn)制連碼字符串標(biāo)志）進(jìn)行一系列操作，通過對模式數(shù)最大化群體的不斷進(jìn)化和淘汰，將“染色體”群收斂到一個(gè)最適值上，從而得到問題的最優(yōu)解。（嵇樹麗，水電站 AGC 遺傳算法的應(yīng)用） 遺傳算法步驟： （ 1） 根據(jù)各個(gè)水頭下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到每個(gè)機(jī)組在平均水頭下的功率流量特性曲線。 （ 2） 由二元多項(xiàng)式插值逼近法，得到其他需要水頭值下的功率流量特性曲線。 （ 3） 根據(jù)輸入數(shù)據(jù)，隨機(jī)產(chǎn)生初始種群，然后進(jìn)行選擇、交叉‘變異，產(chǎn)生新一代種群。 （ 4） 判斷是否滿足收 斂條件，否則轉(zhuǎn)入（ 3）。 寧夏青銅峽水電廠有九臺機(jī)組，其中八臺軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組，除 8機(jī)組單機(jī)容量為 2 萬千萬外，其余都是 萬千瓦。 9機(jī)組的裝機(jī)容量為 3 萬千瓦。根據(jù)以往的運(yùn)行情況可知，青銅峽水電站 9機(jī)組為灌溉機(jī)組，灌溉期間其負(fù)荷根據(jù)下游所需水量由水調(diào)部門來控制，而非灌溉期間基本上都處于停機(jī)狀態(tài)?！厩嚆~峽運(yùn)行部三值，青銅峽水電站河床機(jī)組有功功率的優(yōu)化分配原則】所以只需考慮 2~6機(jī)組的優(yōu)化經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因?yàn)楣β史答伔ù_定最佳運(yùn)行機(jī)組數(shù)和組合需要時(shí)間較長，故 不采用。采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法又嫌計(jì)算時(shí)間太長，滿足不了實(shí)時(shí)控制要求。 遺傳算法的可靠性無法保證，且計(jì)算時(shí)間長，同樣滿足不了控制要求，故不采用。 如采用存表待查法，又嫌要求占用的計(jì)算機(jī)內(nèi)存容量太多。因此，采用一種稱之為分階段采用最合適的數(shù)學(xué)模型的解決方法。先用水輪機(jī)組合效率曲線交點(diǎn)法確定最佳運(yùn)行機(jī)組臺數(shù)，再用開停機(jī)指數(shù)法確定應(yīng)運(yùn)行機(jī)組臺號，最后用等微增率法分配機(jī)組間負(fù)荷。 ，確定各類機(jī)組的最佳運(yùn)行機(jī)組數(shù) 用水輪機(jī)組合效率曲線交點(diǎn)法求出理論開停機(jī)特性曲線。但這些理論開停機(jī)特性曲線還需結(jié)合限制條件做些修正，如開 水輪機(jī)和發(fā)電出力限制。機(jī)組的過于頻繁啟停不僅在經(jīng)濟(jì)上不利，而且機(jī)械部分磨損將會增加，對設(shè)備安全有影響看，為此必須設(shè)法防止。通常的做法是，設(shè)置一個(gè)功率覆蓋區(qū)，就是將實(shí)際開機(jī)特性向右移一段距離，這意味著，只有等電廠功率比理論開停機(jī)特性線所需功率大某一值時(shí)方才開下臺機(jī)。同樣，將實(shí)際停機(jī)特性曲線向左移一段距離，這等于只有電廠功率比理論開停機(jī)特性線所需功率小某一值時(shí)才停一臺機(jī)。 ，確定應(yīng)運(yùn)行機(jī)組臺號 確定應(yīng)運(yùn)行機(jī)組臺號要全面考慮各種安全性因素和經(jīng)濟(jì)性因素。采用前述的開停機(jī)指標(biāo)數(shù)法確定應(yīng)運(yùn)行的機(jī)組臺號 。屬于必需滿足的限制條件有，電廠接線對運(yùn)行的要求、變壓器中性點(diǎn)接地要求、廠用電保證。屬于一般性考慮的有，各臺機(jī)原先的運(yùn)行狀態(tài)、機(jī)組有無預(yù)警信號、離上次開機(jī)時(shí)間、離上次停機(jī)時(shí)間、大修后機(jī)組累計(jì)運(yùn)行小時(shí)數(shù)等。 ，機(jī)組間負(fù)荷的負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配 采用等微增率法進(jìn)行機(jī)組間負(fù)荷分配。確定各臺機(jī)應(yīng)發(fā)功率時(shí)，要校核是 青銅峽水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 否避開了機(jī)組的空蝕振動(dòng)區(qū)，否則要修正機(jī)組功率。 水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)一般分為兩級，即電廠控制級和機(jī)組控制級，水電廠自動(dòng)發(fā)電控制也相應(yīng)的分為兩級。水電廠自動(dòng)發(fā) 電控制的總體概念（分層）可用圖 72來表示。 水電廠通常參加系統(tǒng)調(diào)頻。根據(jù)國內(nèi)外的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，電力系統(tǒng)現(xiàn)在傾向于采用集中計(jì)算地區(qū)控制信號 ACE 的方法，每隔若干秒系統(tǒng)將地區(qū)控制誤差信號按前面敘述的方法分配給各參加調(diào)頻的電廠。有時(shí)為了，消除功率“追逐”現(xiàn)象，電廠有引入當(dāng)?shù)仡l率差信號。此時(shí)，電廠控制級計(jì)算機(jī)要校核系統(tǒng)要求本電廠改變功率的方向是否與本地測到的頻率偏差要求電廠改變功率的方向一致。如果不一致，則采用調(diào)頻優(yōu)先的原則，即閉鎖系統(tǒng)發(fā)來的電廠需發(fā)功率信號，電廠功率整定值改由下式確定： Pst=Pst,a－ k△ f 式中 Pst電廠功率給定值 Pst電廠當(dāng)前實(shí)發(fā)功率 △ f頻率偏差 k系數(shù) 采用調(diào)頻優(yōu)先的原則有利于系統(tǒng)頻率的恢復(fù)。 電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)上述電廠功率給定值計(jì)算出應(yīng)運(yùn)行機(jī)組臺號和各臺機(jī)應(yīng)發(fā)功率。并采用發(fā)送機(jī)組功率絕對值的方法發(fā)給機(jī)組控制級，避免了機(jī)組控制級與電廠控制級聯(lián)絡(luò)中斷后恢復(fù)時(shí)重新計(jì)算功率的初始值。 頻 率 變 換電 廠 功 率 整 定 值 的 形 成遠(yuǎn) 方 終 端開 停 機(jī) 控 制水 輪 機(jī)調(diào) 速 器發(fā) 電 機(jī)自 動(dòng) 發(fā) 電 控 制 程 序2 機(jī) 組6 機(jī) 組上 游 水 位下 游 水 位至 系 統(tǒng) 調(diào) 度 中 心機(jī) 組 狀 態(tài)機(jī) 組 出 力其 他命 令+系 統(tǒng) 調(diào) 度 級電 廠 控 制 級機(jī) 組 控 制 級f af s△ fP s t , r e q圖 （王定一，水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)視與控制） 青銅峽水電站自動(dòng)發(fā)電控制的總框圖如圖 73所示 青銅峽水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng) 啟 動(dòng)首 次 啟 動(dòng) 否輸 入 機(jī) 組 特性輸 入 當(dāng) 前 信 息△ P s t 與 △ f 同號 否Ps t= Ps t , ,a－ k △ fP s t = P s t , r e q∣ P s t P s t , a ∣ ε 1T 2 時(shí) 間 到 否計(jì) 算 最 優(yōu) 運(yùn) 行 機(jī) 組 數(shù)旋 轉(zhuǎn) 備 用 容 量滿 足 否確 定 應(yīng) 運(yùn) 行 機(jī) 組 臺 號修 正機(jī) 組 間 負(fù) 荷 的 經(jīng) 濟(jì) 分 配機(jī) 組 限 制 滿 足否修 正最 小 下 游 流 量 和 水位 變 化 率 滿 足 否修 正水 頭 變 化 超 過規(guī) 定 值 否修 正1功 率 調(diào) 整 計(jì) 算各 臺 機(jī) 遠(yuǎn) 方 終 端 工 作 校 核輸 出 結(jié) 果出 口1NNNNNNNYYYYYYYNY 圖 63青銅峽水電站自動(dòng)發(fā)電控制框圖 自動(dòng)發(fā)電控制程序采用定時(shí)啟動(dòng)的方式，周期 T1。程序執(zhí)行分兩級，第一級不改變原有運(yùn)行機(jī)組數(shù)和運(yùn)行，只是