按前池水位调节机组出力的程序在阿克洽电站的应用

2016-06-29胡长硕丰明星唐燕秋

小水电 2016年3期

关键词：水电站调节

胡长硕　丰明星，唐燕秋

(1.水利部农村电气化研究所，浙江　杭州　310012；2.莘畈水库管理处，浙江　金华　321000；

按前池水位调节机组出力的程序在阿克洽电站的应用

胡长硕1，3丰明星2，唐燕秋1，3

(1.水利部农村电气化研究所，浙江杭州310012；2.莘畈水库管理处，浙江金华321000；

3．水利部农村水电工程技术研究中心，浙江杭州310012)

摘要：由于阿克洽电站前池进水量变化比较大，会造成电站水头变化较大，而水头变化就会对机组的效率产生较大的影响，因此决定在电站自动化监控系统中加入按前池水位变化调节机组出力的程序，并对该程序作了详细介绍。图3幅。

关键词：水电站；前池水位；调节；自动化监控系统

1概述

阿克洽电站地处土耳其艾登省，电站额定水头87.37 m，装备3台立式混流机组，装机容量2×11 MW及1×5.5 MW，由杭州亚太水电设备成套技术有限公司提供全套水轮发电机组、辅助控制设备以及监控系统。电站于2009年9月交付业主使用，运行情况良好。由于阿克洽电站采用引水渠进行引水，渠道长达34 km，同时渠道还有沿途农田灌溉的作用，这就造成渠道中水进入电站压力前池的流量变化比较大。运行人员需要经常人工调节机组出力，以维持前池的水位在合理的范围。2014年1月，应业主要求，电站在监控系统中增加了按前池水位自动调节机组出力的功能，进一步减轻了运行人员的工作强度，取得了良好的效果。

2电站监控系统结构

阿克洽电站现地监控系统主要包括3套机组监控屏、公用设备监控屏以及前池闸门监控屏。前池闸门监控屏连接到水位传感器上，通过采集水位传感器上4～20 mA的信号采集前池水位。机组监控屏和公用屏通过网线连接到工业交换机上，前池闸门监控屏由于距离监控室较远，采用单模光缆与工业交换机相连。监控计算机采用2台独立电脑分别连接到工业交换机上，形成冗余结构(见图1)。

图1阿克洽电站通讯原理示意

监控屏内选用施耐德Premium型号的PLC，监控计算机选用西门子547B系列高性能工业级工控机。监控系统采用IFIX组态软件作为上位机软件。

3必要性

阿克洽电站监控系统具有AGC(Automatic Generation Control) 即自动发电控制功能。当电站机组运行时，电站运行人员只要设定每台机组运行的出力，自动化监控系统就会根据设定值自动调整导叶开度，使机组的出力在设定值上下小范围浮动。

然而，对于阿克洽电站，由于电站前池进水量变化比较大，会造成电站水头变化较大，而水头变化就会对机组的效率产生较大的影响。倘若前池水位变化较为剧烈，则可能导致水轮发电机组效率急剧降低，甚至会影响机组的正常运行。电站在AGC状态下运行时，若发电用水量超过来水量，引起压力前池中水量逐渐减少，水位下降，水电站水头降低，自动化控制系统为保证机组达到设定的出力，只有增大导叶开度，使得通过机组的流量进一步增加；从而使得前池水位进一步下降，电站水头更低，这样的恶性循环会直接影响电站的经济效益。相反，当发电用水量小于前池来水量时，压力前池中水量逐渐增多，发电水头增加，自动化控制系统会减小导叶开度，使得发电用水量进一步减小，从而可能导致弃水，同样也会使电站的经济效益蒙受损失。

因此，在电站自动化监控系统中加入按前池水位调节机组出力的功能，将前池水位维持在一个合适的范围，既能提高来水利用率又能够极大地减轻运行人员的工作强度，很有必要。

4控制原理

阿克洽电站监控系统中监控计算机通过以太网与机组控制屏以及前池闸门监控屏相连，进行数据数据交换，实现上位机的监控。监控计算机可通过对机组监控屏中的PLC设定有功、无功的方式来调节机组出力。同时，前池闸门监控屏连接了水位传感器，并已经通讯至上位机。所以，在上位机程序中可以通过逻辑编程，当水位上升时增加机组出力，水位下降时减小机组出力，便可实现按前池水位变化来调节机组发电功率。

5控制实现

在计算机软件中，先设定调节水位上限、调节水位下限、停机水位、功率调节变量、最小运行功率、调节时间间隔等参数。

图2压力前池水位区域设定

设定以上参数之后，运行人员可针对每台正在运行的机组开启按前池水位变化调节机组出力的功能，机组即进入按前池水位受计算机自动控制运行模式(见图2)。

如图2所示，上限水位与下限水位之间的水位表示机组运行的最佳水位。当前池水位在调节水位上下限度区域内波动时，机组不进行调节；当前池水位超过调节水位上限时，自动调节功能开始调大导叶开度，增加机组出力，直至每台开启自动控制运行功能的机组达到机组额定功率；当前池水位低于调节水位下限时，自动减小导叶开度，降低机组出力，直至每台开启自动控制运行功能的机组达到机组设定的最小运行功率；当前池水位低于停机水位时，自动调节功能将关闭机组。

6控制逻辑

当机组进入按前池水位自动控制运行模式时，该功能模块便开始运行，其控制逻辑循环如下：

(1)判断是否满足设定调节时间间隔，如未满足，则自动结束。

(2)如满足设定调节时间间隔，则判断实际水位是否低于停机水位，如低于停机水位，则自动结束。

(3)如实际水位高于停机水位，则判断实际水位是否位于调节水位上下限区域之内，如位于该区域内，则无需调节，自动结束。

(4)如实际水位不在调节水位上下限区域之内，则分两种情况继续操作：

情况1：实际水位高于调节水位上限时，判断当前功率+功率调节变量是否超过机组最大功率，如超过，则将机组功率设为最大功率；如未超过，则将机组功率设为“当前功率+功率调节变量”。

情况2：实际水位低于调节水位下限时，判断“当前功率-功率调节变量”是否低于机组最小功率；如低于最小功率，则将机组功率设为最小功率；如未低于最小功率，则将机组功率设为“当前功率-功率调节变量”的值。

(5)逻辑程序自动结束，并按照调节时间间隔自动循环(见图3)。