清远抽水蓄能电站机组控制程序总体设计

彭煜民

（清远蓄能发电有限公司，广东省清远市 511800）

清远抽水蓄能电站机组控制程序总体设计

彭煜民

（清远蓄能发电有限公司，广东省清远市 511800）

本文总结了清远抽水蓄能电站机组控制程序总体设计经验，介绍了监控系统软件设计框架、机组控制程序主要控制目标及程序结构、机组工况转换流程设计思路和设备控制逻辑设计思路。

抽水蓄能电站；机组控制程序；总体设计

0 前言

抽水蓄能电站机组控制程序是机组控制的灵魂与核心，其设计是否安全合理关系到机组的安全稳定运行，也关系到新机动态调试能否顺利推进，因此其重要性不言而喻。本文对清远抽水蓄能电站机组控制程序总体设计进行了总结和概述。

1 监控系统软件设计框架

要构建一套抽水蓄能电站监控系统软件，需要设计编写一系列的子程序软件，这些程序软件相互配合协作，共同完成数据采集与交换、控制与调节、状态显示及计算统计等监控功能。图1是清远抽水蓄能电站监控系统软件组成结构示意图。

从图1可以看出，除机组控制程序外的其他子程序软件主要负责整个监控系统数据流的交换与处理，只有机组控制程序是根据抽水蓄能机组生产工艺要求设计编写并控制机组设备按要求操作，因此机组控制程序是保证机组安全稳定运行的关键所在。

2 机组控制程序设计

2.1 控制程序设计总体思路

清远抽水蓄能电站机组控制程序需要实现以下控制目标：

（1）通过执行机组工况转换流程，控制机组相关设备按照生产工艺要求顺序操作；

（2）通过执行各系统设备控制逻辑，一方面接收机组工况转换流程发出的控制命令实现设备的顺序控制，另一方面通过设备状态判断实现设备故障或紧急情况下的启停、切换、报警和跳闸操作；

（3）通过执行各系统设备控制逻辑，实现各个设备之间的安全闭锁和操作配合。

根据上述控制目标，机组控制程序需要完成机组工况转换流程的设计编写和各系统设备控制逻辑的设计编写工作。

机组控制程序结构示意图如图2所示。

2.2 机组工况转换流程设计

机组工况转换流程是机组控制程序的主框架。清远抽水蓄能电站机组工况转换流程借鉴了广州抽水蓄能电站B厂的流程设计经验，常用工况设置了静止（S）、旋转备用（SR）、发电（G）、发电调相（GC）、抽水调相（PC）、抽水（P）和背靠背拖动（L）共七种状态，不常用的工况设置了黑启动（BS）和线路充电（LC）两种状态。清远抽水蓄能电站机组工况转换示意图如图3所示。

根据机组工况转换要求，控制程序共设计编写了18个工况转换流程，另外还设计了2个转轮回水排气子流程（如表1所示）。

机组工况转换流程设计思路：

（1）机组工况转换流程采用西门子 STEP7 Graph顺序功能图进行编程，每个转换流程均设置若干个步，每一步中可根据需要同时执行多个设备操作。

（2）在工况转换流程上一步走到下一步之间，设置有跨步条件，该跨步条件由设备的各种反馈信号组成。只有在所有操作均得到正确执行并反馈回来使得跨步条件满足后，才能再继续执行下一步骤。

（3）每一步设置了监控时间，如果超过监控时间跨步条件仍不满足，则发出流程故障信号执行跳闸流程，同时立即终止故障流程的所有执行命令，由跳闸流程接管设备的操作控制。

（4）当两个转换流程之间需要跳转时，由前一个流程的最后一步发出信号激活后一个流程的第一步，再由后一个流程的第一步发出信号结束前一个流程的最后一步并返回初始步。

（5）只设置一个机组跳闸流程，在该跳闸流程中设置快速停机（QSD）、紧急停机（ESD）和抽水调相启动时跳闸三个跳闸分支，机组工况转换流程故障或稳态跳机时均执行该跳闸流程。

3 设备控制逻辑设计

相对于机组工况转换流程来说，各个设备控制逻辑就是执行者的角色。转换流程发出的设备操作命令必须由设备控制逻辑判断后再出口控制现场相关设备。

设备控制逻辑的设计主要包含以下内容：

（1）该设备可用性状态判断。

设备可用性判断包括对设备控制方式、控制及动力电源状态、设备的报警信号、关联设备的状态判断及其他认为需要判断的信号等。

（2）该设备启停或开关控制逻辑。

以技术供水泵控制逻辑为例，其启停控制逻辑主要包括：

1）主用泵的选择判断；

2）主用泵的启动控制，包括安全联锁条件判断；

3）备用泵的启动控制，包括安全联锁条件判断；

4）泵的停止控制，包括与主变压器负载供水阀的联动控制。

（3）该设备报警及跳闸逻辑。

包括该设备故障、操作异常、运行超时等报警信号的判断逻辑，以及设备严重故障时的跳闸信号判断逻辑。

（4）需要提供给其他控制逻辑或回路使用的信号判断逻辑。

比如要给机组运行指示灯提供控制信号，需要编写一段逻辑，判断“机组在运行中”并输出给机组运行指示灯。

以上几点是设备控制逻辑设计需要考虑的内容，设计人员为清远抽水蓄能电站所有控制对象均编写了详细的控制逻辑，在此不再赘述。

4 结束语

清远抽水蓄能电站技术人员充分吸收和借鉴已运行抽水蓄能电站的设计和运行经验，自主开发设计了清远抽水蓄能电站机组工况转换流程和相关设备控制逻辑。在设计过程中充分考虑了各厂家设备的运行特点和接口要求、各种故障和紧急情况下的设备动作要求、设备之间的安全联锁和协调配合要求，创造性的搭建了一套纯软件的机组程序全工况自动仿真平台，在生产厂家对机组控制程序及相关控制功能进行了全面细致的仿真测试，有效保证了机组控制程序的正确性、安全性及设计的合理性。在实际调试过程中，清远抽水蓄能电站机组控制程序非常安全、可靠地执行了机组设备的操作控制，确保了机组安全顺利调试与投产。

[1]彭煜民．抽水蓄能机组工况转换与顺序控制[J]．水电站机电技术，2007，30（1）．PENG Yumin．Operation condition conversion and sequential control of pump storage group．Mechanical & Electrical Technique of Hydropower Station，2007，30（1）．

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2016-07-17

2016-08-11

彭煜民（1979—），男，高级工程师，主要研究方向：抽水蓄能电站监控系统设计、集成与调试等。E-mail：71267103@qq．com

Design of the Control Software for Units in Qingyuan Pumped Storage Power Station

PENG Yumin
（Qingyuan Pumped Storage Power Co. Ltd，Qingyuan 511800，China）

This article illustrates Design of the Control Software for Units in Qingyuan Pumped Storage Power Station. Include the design framework of the control software， the function and structure of the control software， the design of the unit control process and the design of the control logic for subsystems.

pumped storage power station；control software for units；design

TV743

A学科代码：510．80

10．3969/j．issn．2096-093X．2017．05．011