水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)研究

周 令，楊 平

（中國水利水電第七工程局有限公司拉拉山水電站機(jī)電安裝項(xiàng)目經(jīng)理部，四川 甘孜州 627650）

在我國，傳統(tǒng)的“多人值班”電站用人太多、勞動(dòng)效率低、設(shè)備狀態(tài)陳舊、自動(dòng)化水平低下，很難體現(xiàn)水電廠的優(yōu)越性。隨著“廠網(wǎng)分開，競價(jià)上網(wǎng)”的電力體制改革的不斷深入，受利益的驅(qū)使，人們對水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)提出了新的要求。水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是利用數(shù)字電子計(jì)算機(jī)對水電站的電能生產(chǎn)過程進(jìn)行的一種控制。采用計(jì)算機(jī)控制的目的，是為了提高水電站的自動(dòng)化水平，提高水電站的供電質(zhì)量，提高水電站的安全運(yùn)行水平，提高水電站的勞動(dòng)生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益。在水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，用電子計(jì)算機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)自動(dòng)控制中的控制器和控制方法，使控制過程更合理、更靈活、更及時(shí)。因此，計(jì)算機(jī)控制比傳統(tǒng)的自動(dòng)控制和自動(dòng)化技術(shù)有更多的優(yōu)越性和更大的經(jīng)濟(jì)效益。如何對已建成投產(chǎn)的水電廠實(shí)施全面技術(shù)改造，采取先進(jìn)成熟的技術(shù)與設(shè)備，不斷提高水電廠管理水平，適應(yīng)我國大電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展的需要，是擺在我國電力生產(chǎn)管理部門面前的一項(xiàng)緊迫和繁重的任務(wù)。

1 水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)概述

（1）水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的定義。水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是一門涉及多種學(xué)科和新技術(shù)的綜合性科學(xué)技術(shù)，近年來有了較大的進(jìn)展。尤其是隨著數(shù)字電子計(jì)算機(jī)(以下簡稱計(jì)算機(jī))性能不斷提高，價(jià)格不斷降低，使得計(jì)算機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)過程控制、以致水電廠自動(dòng)化中的應(yīng)用愈來愈更為廣泛。它的應(yīng)用對水電廠生產(chǎn)帶來了巨大的效益，標(biāo)志著自動(dòng)化技術(shù)發(fā)生的重大變革。

水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控是指通過對水電廠各種設(shè)備的狀態(tài)信息進(jìn)行采集、處理、以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)視、控制、調(diào)節(jié)和保護(hù)。對于不同的水電廠，水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)視的具體內(nèi)容是不同的。水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控一般可以分為水輪發(fā)電機(jī)組的監(jiān)視、水輪發(fā)電機(jī)組附屬設(shè)備的監(jiān)控、水輪發(fā)電機(jī)組輔助設(shè)備的監(jiān)控、開關(guān)站電氣設(shè)備的監(jiān)控、水工建筑物設(shè)施的監(jiān)控等。

（2）水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的類型分類。根據(jù)計(jì)算機(jī)在水電廠監(jiān)控系統(tǒng)中的作用及其與常規(guī)設(shè)備的關(guān)系，水電廠采用的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要類型有：取消常規(guī)設(shè)備的以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的監(jiān)控系統(tǒng)，以計(jì)算機(jī)為主、常規(guī)設(shè)備為輔的監(jiān)控系統(tǒng)，以常規(guī)設(shè)備為主、計(jì)算機(jī)為輔的監(jiān)控系統(tǒng)。

（3）水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括水輪發(fā)電機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)、開關(guān)站控制系統(tǒng)、水電站公用設(shè)備控制系統(tǒng)、水電站閘門自動(dòng)控制系統(tǒng)等。通過開放、模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)對水電廠生產(chǎn)過程的監(jiān)視、數(shù)據(jù)采集、控制和調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對機(jī)組、變壓器、線路等電氣設(shè)備及全廠油、氣、水系統(tǒng)等輔機(jī)的監(jiān)控和保護(hù)功能。

2 我國水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)狀及主要問題

目前，我國大多數(shù)水電廠主要以傳統(tǒng)常規(guī)控制設(shè)備為主，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)在水電廠的應(yīng)用還屬于研究完善階段。在新建的大中型水電廠，則較多的采用了水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。大多數(shù)小型水電廠和已經(jīng)運(yùn)行多年的老水電廠都采用傳統(tǒng)的常規(guī)控制方式。在一些新建的小型水電廠有的在常規(guī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上了計(jì)算機(jī)控制單元，有的在常規(guī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加上了計(jì)算機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)，有的則采用了全計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。

我國的水電計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展速度比較緩慢，主要存在以下4個(gè)方面的原因：

（1）經(jīng)濟(jì)承受能力不足。許多小水電廠主要面向并不富裕的廣大農(nóng)村，大多數(shù)水電廠都是鄉(xiāng)村集資籌辦，而且現(xiàn)存的小水電廠上網(wǎng)電價(jià)普遍較低，水電廠的經(jīng)濟(jì)承受能力非常有限。

（2）對水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控的認(rèn)識不夠。實(shí)現(xiàn)水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控的目的是為了減人增效，而減人增效對大多數(shù)水電廠并沒有太大的吸引力。

（3）設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)范。自動(dòng)化設(shè)備廠家多，沒有標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品系列、給選型、設(shè)計(jì)帶來了困難。

（4）計(jì)算機(jī)監(jiān)控設(shè)備功能單一，昂貴的計(jì)算機(jī)監(jiān)控設(shè)備沒有把經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和優(yōu)化運(yùn)行結(jié)合起來，只能完成常規(guī)設(shè)備所能完成的功能，如開機(jī)停機(jī)，負(fù)荷調(diào)整等，導(dǎo)致了水電廠從中得不到直接的經(jīng)濟(jì)效益。

3 水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)的研究

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)同樣也在迅速發(fā)展，新的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、控制裝置、軟件等不斷涌現(xiàn)。使得水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)主要朝著網(wǎng)絡(luò)化、智能化、人性化、軟件組態(tài)化、控制無人化方向發(fā)展。

（1）網(wǎng)絡(luò)化。數(shù)據(jù)共享水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是由上位機(jī)、現(xiàn)地控制單元等計(jì)算機(jī)裝置組成，這些計(jì)算機(jī)均能獨(dú)立運(yùn)行，完成各自的控制功能，但要讓這些計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)工作，充分挖掘出計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的潛能，就必須通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，更好地對整個(gè)電站各個(gè)設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)電站的優(yōu)化運(yùn)行。

裝置共享水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)后，可以共享計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備、裝置，以減少控制系統(tǒng)的設(shè)備投資，和維護(hù)工作量。調(diào)度自動(dòng)化要對水電廠進(jìn)行自動(dòng)調(diào)度，除水電廠內(nèi)部計(jì)算機(jī)及裝置組成網(wǎng)絡(luò)外，水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)與調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。通過網(wǎng)絡(luò)通信，調(diào)度計(jì)算機(jī)將調(diào)度命令送至計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)將電站各設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、狀態(tài)傳輸?shù)秸{(diào)度計(jì)算機(jī)，并按調(diào)度的命令進(jìn)行調(diào)峰、調(diào)荷運(yùn)行。網(wǎng)絡(luò)化是實(shí)現(xiàn)水電廠調(diào)度自動(dòng)化的必要前提。

（2）智能化。水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)智能化，主要體現(xiàn)在對監(jiān)控系統(tǒng)的人工智能診斷，對運(yùn)行人員進(jìn)行操作指導(dǎo)，對事故、故障處理進(jìn)行的指導(dǎo)。目前，人工智能診斷主要包括：①專家系統(tǒng)診斷法，專家系統(tǒng)是一個(gè)具有大量的專門知識與經(jīng)驗(yàn)的程序系統(tǒng)，它應(yīng)用人工智能技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，根據(jù)某領(lǐng)域一個(gè)或多個(gè)專家提供的知識和經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行推理和判斷，模擬專家的決策過程，以解決需要專家處理的復(fù)雜問題；②神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷法，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行故障診斷的基本思想是以故障特征信號作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入，診斷結(jié)果作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出；③模糊診斷法，利用集合論中的隸屬度函數(shù)和模糊關(guān)系矩陣的概念來解決故障與征兆間的不確定關(guān)系。構(gòu)造隸屬函數(shù)是實(shí)現(xiàn)模糊故障診斷的前提。

人工智能診斷技術(shù)已經(jīng)被引入到水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中，劉曉波等等針對水電機(jī)組故障原因與征兆間的關(guān)系，建立了水電機(jī)組故障診斷模糊專家系統(tǒng)，結(jié)果表明該系統(tǒng)推理效率高，可信度好。梁業(yè)國等將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對發(fā)電設(shè)備故障診斷，證明此法是有效可行的。

（3）軟件組態(tài)化。軟件組態(tài)化也是水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展方向之一，是一種模塊化的軟件，它具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、動(dòng)畫顯示、上下限設(shè)置、狀態(tài)設(shè)置、各種實(shí)時(shí)趨勢圖和歷史趨勢圖、各種輸入輸出接口等功能。組態(tài)軟件實(shí)際上是利用組態(tài)語言，通過控制算法構(gòu)成的軟件程序，而不需要用一條條語句或者指令來編寫程序。從本質(zhì)上講組態(tài)軟件是一種可重用的軟件，是將原有可重用的程序整合成新的程序。事實(shí)上，組態(tài)軟件就是為適應(yīng)這種需要而開發(fā)的。對于不同的應(yīng)用對象，只需要改變數(shù)據(jù)實(shí)體即可。從目前發(fā)展的情況看，組態(tài)軟件在水電廠監(jiān)控系統(tǒng)中的使用是必然的，它的便捷性、實(shí)用性已得到水電廠監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用人員的青睞。

（4）控制無人化?，F(xiàn)在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，無論是大型水電廠還是小型水電廠，許多電站都在實(shí)行無人值守，或稱為一人操作電站，即只需一個(gè)值班員就可以進(jìn)行電站的開停機(jī)控制、運(yùn)行操作?？刂茻o人化的最大優(yōu)點(diǎn)就是極大地減少了電站的運(yùn)行人員，減少了電站的運(yùn)行費(fèi)用等。

（5）面向?qū)ο蠹夹g(shù)。面向?qū)ο蠹夹g(shù)的基本概念是將客觀事物即對象，根據(jù)其共性進(jìn)行抽象，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)時(shí)只關(guān)注其本質(zhì)的特征，操作人員面對的是他們熟悉的設(shè)備對象(發(fā)電機(jī)、變壓器、開關(guān)、刀閘等符號)，打開這些對象可以看到有關(guān)的參數(shù)，如與發(fā)電機(jī)有關(guān)的參數(shù)有機(jī)組轉(zhuǎn)速、機(jī)端電壓、有功功率、無功功率等。

（6）Web、Java等新技術(shù)的應(yīng)用。Web以及面向?qū)ο蟮腏ava等新技術(shù)將越來越多地引入計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。全面采用面向?qū)ο蟮拈_發(fā)技術(shù)，人機(jī)界面采用跨平臺的 Java實(shí)現(xiàn)，它不僅給用戶提供了更方便地進(jìn)行二次開發(fā)的豐富多彩功能及生動(dòng)的界面，而且由于Web，Java等技術(shù)的采用，前臺操作員站的應(yīng)用支撐軟件大大減少，可以實(shí)現(xiàn)真正意義上的“瘦客戶機(jī)”。

4 結(jié)語

水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是一門涉及多種學(xué)科和新技術(shù)的綜合性科學(xué)技術(shù)，近年來我國有了較大的進(jìn)展。尤其是隨著數(shù)字電子計(jì)算機(jī)性能不斷提高，價(jià)格不斷降低，使得計(jì)算機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)過程控制、以致水電廠自動(dòng)化中的應(yīng)用愈來愈更為廣泛。它的應(yīng)用對水電廠生產(chǎn)帶來了巨大的效益，標(biāo)志著自動(dòng)化技術(shù)發(fā)生的重大變革。同時(shí)，我們也應(yīng)該清楚的認(rèn)識到差距，加大水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控技術(shù)和系統(tǒng)的研發(fā)，使我國水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)取得更大發(fā)展。

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