自动化控制技术在水力发电中的应用

李双喜

（湖南湘投铜湾水利水电开发有限责任公司,湖南 怀化 418002）

随着科技的不断发展，人们的生活质量也在变得越来越高。但与此同时，在社会的进步之下，人们的需求量也变得越来越高。为了更好地保障人们的生活水平质量，就要进一步地推动科技的发展。电力是国家发展的重要基础资源之一，这些年来，我国一直致力于建立一个智能的电网系统。一个智能的电网系统，需要引入的技术是非常多的，自动化的控制技术就是其中必不缺少的一部分。自动化控制技术的高效运用，不仅能更好地服务于水力发电厂的正常运行，也能对其进行高效地管理，更好地保障水力发电的稳定性。

1 自动化控制技术及其在水力发电中的具体运用

1.1 自动化控制技术简述

自动化控制技术，从字面上来讲就是对生产的某一些过程进行自动控制。自动化控制技术起源于西方发达国家，引入我国的时间是比较短的[1]；但同时，它在我国的发展速度确实是非常快的。自动化控制技术最大的应用就是能实现传统工业模式到现代工业模式的转变。现在工业模式最突出的特点就是自动化，自动化的控制模式不仅减少了人力的使用，进一步地提高了生产效率，也减少了传统模式中由于人为因素导致的误差或者错误。而且它对于总体成本的降低以及生产企业利益的上升都有极大的促进意义，因此非常受我国工业界的青睐。

就目前的发展速度来说，自动化控制技术的前景是极为广阔的，而且它也是时代的必然要求，所以在未来很长一段时间内，它都是一种主流的趋势。随着科技的不断发展，各种与自动化控制有关的设备也被研发出来，它们的功能也更加多元化，操作难度也变得越来越低，非常适合大规模推广。我们也坚信，基于计算机技术的自动化控制一定会在全国范围内有一个广泛的推广，而且它也会进一步推动我国总体行业的发展。与此同时，电力作为促进经济发展的重要资源之一，在新世纪下，对于国民经济的增长起着重要的意义。为了更好地促进电力行业的进一步发展，我们就要引进以计算机为基础的自动化控制技术，最大限度地提高发电的效率，并根据科学的方法控制所需要的成本，给人们谋取更大福利的同时，减少一些不必要的浪费。

1.2 自动化控制技术在水力发电中的作用

在水电厂的水力发电系统中，自动化控制技术有一个较好的运用，它发挥的主要作用就是对电厂水力的总体系统进行监督和管理。监督和管理的主要方式就是对水电厂中各个流程的工作数据进行采集、分析以及后期处理，并根据处理后的结果进行任务分配。在分配任务中，主要是对系统中的各个零件以及工作的时间进行分配[2]。在此，我们也应该保证各个零件的运行状态都是处于一个较好的状态，工作时间也不能相互冲突，这样才能保证水电厂整体运行的流畅性。在水电厂中，自动化控制技术就像是一个控制中枢，它对电力系统传输的数据进行分析，并根据分析的结果进行任务和机器时间的支配调理，它对于新时代下水力发电效率的进一步提高是有着重要意义的。而在具体的运行过程中，它的应用效果可以归纳为以下三个方面。

1.2.1 提高生产工作的准确性

具体运行这项技术的时候，由于它能对机器设备所有的参数和数据进行采集和分析，所以可以较好地完成水力发电的各项工作，而完成的方式就是运用一些自动化的设备。这些自动化设备的应用可以减少很多由人力造成的误差，不仅更好地提高了总体生产效率，也减少了大量人力的使用。这些自动化设备最大的特点就是准确性较高，当面对一些事故的时候，它们可以用已经输入的程序及时地做出最准确的反应，以此来保障生产的安全。在水力发电的过程中，往往需要大量的水资源作为载体，有一定的危险性。人们如果遇到了一些意外事故，往往由于紧张而很难做出正确的反应，这就导致了一些生产事故的发生。自动化控制技术的应用可以较好地解决了这一问题，它能保障生产工作的准确性和高效性。从这个方面来说，它的应用就是必然的。

1.2.2 提高运行系统的经济性

在应用这项技术的时候，发电厂可以根据本厂的实际情况对水资源进行合理地调配。水力发电一般是利用水资源之间的势能差来进行发电的，人为控制水资源的高度可能会使得水资源发挥不出最大的作用。在这个情况下，我们就可以用自动化的控制技术来对水资源和电力资源进行调度。调度的最终目的就是在满足基础生产并且保障生产安全的大前提之下，最大限度地减少生产中不必要的损失。如果能把损失率降到最低，那么生产的成本也会降到最低，也就能取得更大的经济效益。

1.2.3 提高生产的效率

水力发电厂内部的结构是比较复杂的，往往会使用很多的大型机器。这些大型机器在使用的时候都会产生较大的噪音，为了避免对周围的居民产生影响，水力发电厂一般都坐落在比较偏远的地区。由于涉及的要点比较多，所以水力发电厂的复杂性强度也比较高。在这种情况之下，如果能运用自动化的控制技术，就可以较好地解决这些问题[3]。自动化控制技术的高效运用，可以真正地实现计算机代替人对生产进行控制，这样就不需要使用大量的人力了。从这个角度来说，它的运用真正地解放了劳动力，把人力资源从烦琐复杂的工作中解放出来，而且也进一步地提高了生产效率，是非常契合工业发展观的。自动化控制技术的应用也可以有效地改善水力发电厂周围的生产环境，使得生产环境不再恶劣，周围的生态系统也得到了更好的保障，践行了科学发展观的理念。

2 自动化控制技术在水力发电中的具体运用

2.1 计算机监控系统的应用

众所周知，计算机系统是自动化控制技术的核心。在计算机系统中，运用较多的就是监控系统。监控系统可以对水力发电厂的各个环节进行有效的监测，从而对使用的技术和取得的数据进行有效的控制，这对于水力发电厂效率的提高都是非常有帮助的。在现行监控系统的运用中，所运用到的具体设备比较多。一般根据实际情况的不同，采用的系统也往往会有所差距。大多数水电厂采用的是语音报警系统。语音报警系统的应用较为广泛，取得的效果也是比较好的，它通过语音报警的方式来提醒工作人员，在很大程度上减少了一些事故的发生。另外，网调通信子系统的应用也比较多。不过它的应用一般是与办公信息网络子系统进行配合的，这两者的配合才能更好地发挥出监控的实际作用。当然，在大多数的监控系统中，都运用到了GPS时钟系统。这个系统是非常重要的，它可以有效地判断时间，使得我们能查出事故问题的任何一个节点。值得一说的是，这些系统一般都是通过人与计算机的交互页面来运行的，所以可以给人们一个非常直观的感受。这些监控系统的进一步运用，也真正地解放了人力，使得“无人值班”的梦想成为现实。

2.2 水轮机调速系统的应用

除了计算机监控系统的应用之外，在一般的水电厂中，对于水轮机调速系统的应用也比较广泛。这种系统的应用和计算机监控系统的应用是不同的，它有更强的针对性。它最主要的作用就是检测发电调速的系统以及自动校准同期系统的稳定性。这种系统的结构比较复杂，涉及的专业性比较强。它在对发电调速系统进行控制的时候，可以有效地达到空载扰动的状态。在大多数情况下，它也可以有效地对所有系统进行相关内容的测试，这些相关内容不但包括了空载摆动，也包括了水轮机的开关规律[4]。当测试完成之后，这个系统对测得的所有数据进行整合，并通过计算机的运算获得一份科学准确的实验报告。在具体使用的时候，可以根据这份实验报告进行具体地运用和问题的分析。不过我们也要知道，这份报告只能起到借鉴的意义，在具体的生产运行中，还是要以实际为准。

图1是混流式水轮发电机电站全景图，它对于水轮机调速系统的应用较为广泛。

图1 混流式水轮发电机电站全景图

2.3 发电机励磁系统的应用

发电机励磁系统也是现行水电厂中运用较多的一个系统，它最大的功能就是可以为同步的发电机提供稳定的电流。它的主要组成部分一般有两种，第一种是调节器，第二种是功率的单元件。在进行具体工作的时候，它通过对功率单元的控制来达到发电机负荷的相应波长处于一个稳定的数值。它也可以通过对发电机不同的控制来保证电压两端的稳定性。与此同时，在发动机之间的连接中经常会发生无功功率的现象。发电机励磁系统可以针对这一现象进行合理地功率分配，以确保发电机的工作处于一个稳定的状态。针对发动机的具体工作，根据不同的特征，可以把它们的稳定性分为两个部分。第一个部分是静态稳定性，第二个部分是暂态稳定性。除此之外，如果发动机在运行的时候出现了一定的故障，那么励磁系统也可以及时地检测出这些故障。故障检测出来之后，它就会进行自动地灭磁，所以整个发电机系统就不再工作了，这也就避免了一些不必要的损失，更预防了更大危害的产生。另外，这个系统还可以根据发电机实际的功率需求来进行实际的动态导向。具体来说，就是它能对最大的励磁和最小励磁进行实时地监督，使得它们的数据处于一个稳定的状态，有效地避免了一些隐患的发生。

3 结语

随着科技的不断发展，在水力发电中，一定要积极地引入自动化的控制技术，只有这样，才能更好地促进水力发电行业的进一步发展。就目前的实践来说，自动化控制技术所起到的作用意义是非常大的，它不仅使水电厂发电的工作更具有准确性，也真正提高了电力企业的经济效益。最重要的是，它提高了生产的总体效率，也解放了大量的劳动生产力。我们坚信，它的高效引入和应用，一定会使得水力发电有一个更好的发展，同时它也是电力行业发展的重要推动力之一，在未来很长一段时间之内都不会有所改变。