水电厂计算机监控系统研究

周 令，杨 平

（中国水利水电第七工程局有限公司拉拉山水电站机电安装项目经理部，四川 甘孜州 627650）

在我国，传统的“多人值班”电站用人太多、劳动效率低、设备状态陈旧、自动化水平低下，很难体现水电厂的优越性。随着“厂网分开，竞价上网”的电力体制改革的不断深入，受利益的驱使，人们对水电厂计算机监控系统提出了新的要求。水电站计算机监控系统是利用数字电子计算机对水电站的电能生产过程进行的一种控制。采用计算机控制的目的，是为了提高水电站的自动化水平，提高水电站的供电质量，提高水电站的安全运行水平，提高水电站的劳动生产率和经济效益。在水电站计算机监控系统中，用电子计算机代替传统自动控制中的控制器和控制方法，使控制过程更合理、更灵活、更及时。因此，计算机控制比传统的自动控制和自动化技术有更多的优越性和更大的经济效益。如何对已建成投产的水电厂实施全面技术改造，采取先进成熟的技术与设备，不断提高水电厂管理水平，适应我国大电网建设发展的需要，是摆在我国电力生产管理部门面前的一项紧迫和繁重的任务。

1 水电厂计算机监控系统概述

（1）水电厂计算机监控系统的定义。水电厂计算机监控系统是一门涉及多种学科和新技术的综合性科学技术，近年来有了较大的进展。尤其是随着数字电子计算机(以下简称计算机)性能不断提高，价格不断降低，使得计算机在工业生产过程控制、以致水电厂自动化中的应用愈来愈更为广泛。它的应用对水电厂生产带来了巨大的效益，标志着自动化技术发生的重大变革。

水电厂计算机监控是指通过对水电厂各种设备的状态信息进行采集、处理、以实现自动监视、控制、调节和保护。对于不同的水电厂，水电厂计算机监视的具体内容是不同的。水电厂计算机监控一般可以分为水轮发电机组的监视、水轮发电机组附属设备的监控、水轮发电机组辅助设备的监控、开关站电气设备的监控、水工建筑物设施的监控等。

（2）水电厂计算机监控系统的类型分类。根据计算机在水电厂监控系统中的作用及其与常规设备的关系，水电厂采用的计算机监控系统主要类型有：取消常规设备的以计算机为基础的监控系统，以计算机为主、常规设备为辅的监控系统，以常规设备为主、计算机为辅的监控系统。

（3）水电厂计算机监控系统的系统结构。水电厂计算机监控系统主要包括水轮发电机组监控系统、开关站控制系统、水电站公用设备控制系统、水电站闸门自动控制系统等。通过开放、模块化的结构设计，实现对水电厂生产过程的监视、数据采集、控制和调节，实现对机组、变压器、线路等电气设备及全厂油、气、水系统等辅机的监控和保护功能。

2 我国水电厂计算机监控系统现状及主要问题

目前，我国大多数水电厂主要以传统常规控制设备为主，计算机监控系统在水电厂的应用还属于研究完善阶段。在新建的大中型水电厂，则较多的采用了水电厂计算机监控系统。大多数小型水电厂和已经运行多年的老水电厂都采用传统的常规控制方式。在一些新建的小型水电厂有的在常规自动控制系统的基础上加上了计算机控制单元，有的在常规自动控制系统的基础上加上了计算机监测系统，有的则采用了全计算机监控系统。

我国的水电计算机监控系统发展速度比较缓慢，主要存在以下4个方面的原因：

（1）经济承受能力不足。许多小水电厂主要面向并不富裕的广大农村，大多数水电厂都是乡村集资筹办，而且现存的小水电厂上网电价普遍较低，水电厂的经济承受能力非常有限。

（2）对水电厂计算机监控的认识不够。实现水电厂计算机监控的目的是为了减人增效，而减人增效对大多数水电厂并没有太大的吸引力。

（3）设计标准不规范。自动化设备厂家多，没有标准的产品系列、给选型、设计带来了困难。

（4）计算机监控设备功能单一，昂贵的计算机监控设备没有把经济运行和优化运行结合起来，只能完成常规设备所能完成的功能，如开机停机，负荷调整等，导致了水电厂从中得不到直接的经济效益。

3 水电厂计算机监控技术的研究

随着计算机技术的发展，水电厂计算机监控技术同样也在迅速发展，新的系统结构、控制装置、软件等不断涌现。使得水电厂计算机监控技术主要朝着网络化、智能化、人性化、软件组态化、控制无人化方向发展。

（1）网络化。数据共享水电厂计算机监控系统是由上位机、现地控制单元等计算机装置组成，这些计算机均能独立运行，完成各自的控制功能，但要让这些计算机协调工作，充分挖掘出计算机监控系统的潜能，就必须通过网络数据交换，实现数据共享，更好地对整个电站各个设备进行协调控制，实现电站的优化运行。

装置共享水电厂计算机监控系统采用网络后，可以共享计算机硬件设备、装置，以减少控制系统的设备投资，和维护工作量。调度自动化要对水电厂进行自动调度，除水电厂内部计算机及装置组成网络外，水电厂计算机监控系统应与调度自动化系统网络连接，进行数据交换。通过网络通信，调度计算机将调度命令送至计算机监控系统，水电厂计算机监控系统将电站各设备运行参数、状态传输到调度计算机，并按调度的命令进行调峰、调荷运行。网络化是实现水电厂调度自动化的必要前提。

（2）智能化。水电厂计算机监控系统智能化，主要体现在对监控系统的人工智能诊断，对运行人员进行操作指导，对事故、故障处理进行的指导。目前，人工智能诊断主要包括：①专家系统诊断法，专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统，它应用人工智能技术和计算机技术，根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验，进行推理和判断，模拟专家的决策过程，以解决需要专家处理的复杂问题；②神经网络诊断法，利用神经网络进行故障诊断的基本思想是以故障特征信号作为神经网络输入，诊断结果作为神经网络输出；③模糊诊断法，利用集合论中的隶属度函数和模糊关系矩阵的概念来解决故障与征兆间的不确定关系。构造隶属函数是实现模糊故障诊断的前提。

人工智能诊断技术已经被引入到水电厂计算机监控系统中，刘晓波等等针对水电机组故障原因与征兆间的关系，建立了水电机组故障诊断模糊专家系统，结果表明该系统推理效率高，可信度好。梁业国等将神经网络法对发电设备故障诊断，证明此法是有效可行的。

（3）软件组态化。软件组态化也是水电厂计算机监控系统的发展方向之一，是一种模块化的软件，它具有实时数据库、动画显示、上下限设置、状态设置、各种实时趋势图和历史趋势图、各种输入输出接口等功能。组态软件实际上是利用组态语言，通过控制算法构成的软件程序，而不需要用一条条语句或者指令来编写程序。从本质上讲组态软件是一种可重用的软件，是将原有可重用的程序整合成新的程序。事实上，组态软件就是为适应这种需要而开发的。对于不同的应用对象，只需要改变数据实体即可。从目前发展的情况看，组态软件在水电厂监控系统中的使用是必然的，它的便捷性、实用性已得到水电厂监控系统开发和应用人员的青睐。

（4）控制无人化。现在工业发达国家，无论是大型水电厂还是小型水电厂，许多电站都在实行无人值守，或称为一人操作电站，即只需一个值班员就可以进行电站的开停机控制、运行操作。控制无人化的最大优点就是极大地减少了电站的运行人员，减少了电站的运行费用等。

（5）面向对象技术。面向对象技术的基本概念是将客观事物即对象，根据其共性进行抽象，采用面向对象技术时只关注其本质的特征，操作人员面对的是他们熟悉的设备对象(发电机、变压器、开关、刀闸等符号)，打开这些对象可以看到有关的参数，如与发电机有关的参数有机组转速、机端电压、有功功率、无功功率等。

（6）Web、Java等新技术的应用。Web以及面向对象的Java等新技术将越来越多地引入计算机监控系统。全面采用面向对象的开发技术，人机界面采用跨平台的 Java实现，它不仅给用户提供了更方便地进行二次开发的丰富多彩功能及生动的界面，而且由于Web，Java等技术的采用，前台操作员站的应用支撑软件大大减少，可以实现真正意义上的“瘦客户机”。

4 结语

水电厂计算机监控系统是一门涉及多种学科和新技术的综合性科学技术，近年来我国有了较大的进展。尤其是随着数字电子计算机性能不断提高，价格不断降低，使得计算机在工业生产过程控制、以致水电厂自动化中的应用愈来愈更为广泛。它的应用对水电厂生产带来了巨大的效益，标志着自动化技术发生的重大变革。同时，我们也应该清楚的认识到差距，加大水电厂计算机监控技术和系统的研发，使我国水电厂计算机监控系统取得更大发展。

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