大型抽水蓄能機(jī)組控制程序仿真測試軟件

白劍飛，彭煜民，劉曉波，趙勇飛

（1.北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京100038；2.調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司清遠(yuǎn)抽水蓄能發(fā)電有限公司，廣東 清遠(yuǎn)511853）

近年來，我國抽水蓄能電站的建設(shè)步伐呈現(xiàn)加快趨勢，隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，用電負(fù)荷和峰谷差持續(xù)加大，電力用戶對供電質(zhì)量要求不斷提高，隨機(jī)性、間歇性新能源大規(guī)模開發(fā)，對抽水蓄能電站發(fā)展提出了更高要求。

作為抽水蓄能電站自動化控制核心部分的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，在電站安全穩(wěn)定運(yùn)行中起重要作用。由于抽水蓄能機(jī)組控制流程工況多，工況之間轉(zhuǎn)換流程復(fù)雜，而且在流程轉(zhuǎn)換過程中各機(jī)組之間、機(jī)組與其他設(shè)備之間交叉聯(lián)系多，使得監(jiān)控系統(tǒng)在現(xiàn)場投運(yùn)時，一些流程在現(xiàn)場無法實(shí)現(xiàn)閉環(huán)測試環(huán)境。

為了能對抽水蓄能電站機(jī)組控制程序進(jìn)行整體、有效的測試，針對大型抽水蓄能機(jī)組控制流程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計開發(fā)了嵌入式仿真測試軟件。

1 嵌入式仿真測試軟件

1.1 設(shè)計思想

抽水蓄能機(jī)組控制程序的有效運(yùn)作依賴于與現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行設(shè)備的互動，監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時采集現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，依據(jù)采集到的運(yùn)行數(shù)據(jù)，控制程序進(jìn)行分析、判斷并發(fā)出相應(yīng)的輸出指令到現(xiàn)場設(shè)備，這樣形成對機(jī)組及其輔助設(shè)備的監(jiān)視與控制。在出廠前進(jìn)行的程序測試，硬件設(shè)備只有監(jiān)控系統(tǒng)本身的設(shè)備，沒有與之有信息交互的其他設(shè)備。

抽水蓄能機(jī)組控制流程涉及到的現(xiàn)場控制對象多、機(jī)組之間信息交互多、現(xiàn)地設(shè)備之間安全閉鎖多，要進(jìn)行實(shí)際的全面測試在沒有現(xiàn)場設(shè)備時僅靠變量強(qiáng)制或在輸入端子處引入信號無法實(shí)現(xiàn)。這時候，就需要引入一種設(shè)施能夠模擬現(xiàn)場設(shè)備，實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控系統(tǒng)的互動。這里，我們引入了仿真測試軟件這一工具，用以實(shí)現(xiàn)模擬現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)作，使監(jiān)控系統(tǒng)的控制程序可以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)流轉(zhuǎn)。針對控制流程的測試仿真軟件著眼點(diǎn)在于模擬現(xiàn)場設(shè)備接收到相關(guān)指令或信號后引起的設(shè)備狀態(tài)改變或者相關(guān)參數(shù)變化。

1.2 軟件結(jié)構(gòu)

抽水蓄能電站機(jī)組控制流程涉及到的控制對象和LCU之間的信息交互很多，將所有與機(jī)組控制程序有信息交互的信息源都整理出來，根據(jù)這些信息源接收到機(jī)組控制流程信號時的狀態(tài)變化或參數(shù)變化，擬化為一個個基于邏輯運(yùn)算的仿真模型塊。仿真測試軟件由這些仿真模型塊組成，機(jī)組控制程序發(fā)出的命令或信號信息是仿真測試軟件的輸入信息流，仿真模型塊接收到信息后產(chǎn)生的狀態(tài)或參數(shù)的變化是仿真測試軟件的輸出信息流。機(jī)組控制程序依靠仿真測試軟件實(shí)現(xiàn)信息流動閉環(huán)（圖1）。

圖1 仿真測試軟件與機(jī)組控制程序信息流動圖

2 仿真測試軟件應(yīng)用

廣東清遠(yuǎn)抽水蓄能電站是一座安裝有4臺立式單級混流可逆式水泵水輪機(jī)-發(fā)電電動機(jī)機(jī)組，單機(jī)容量（發(fā)電工況）320 MW，電站總裝機(jī)容量1 280 MW的日調(diào)節(jié)抽水蓄能電站。

廣東清遠(yuǎn)抽水蓄能電站現(xiàn)地層共有10套LCU，分別是4套機(jī)組LCU、機(jī)組公用LCU、廠內(nèi)公用LCU、開關(guān)站LCU、上庫LCU、下庫LCU和中控室LCU。各LCU在控制流程中均有信息交互（圖2）。

圖2 廣東清蓄電站各LCU信息交互示意圖

清遠(yuǎn)抽水蓄能電站機(jī)組工況主要有6個穩(wěn)態(tài)（停機(jī)、發(fā)電、發(fā)電調(diào)相、抽水調(diào)相、抽水、旋轉(zhuǎn)熱備用）和3個暫態(tài)（拖動、線路充電、黑啟動）。機(jī)組控制流程有20多個，機(jī)組控制程序具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、程序量大、工況轉(zhuǎn)換流程多、控制對象多、機(jī)組間交叉配合多、各種設(shè)備間安全閉鎖多等諸多特點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)對清遠(yuǎn)抽水蓄能電站機(jī)組控制程序進(jìn)行全面動態(tài)測試，在該項(xiàng)目中應(yīng)用了大型抽水蓄能機(jī)組控制程序仿真測試軟件。應(yīng)用了仿真測試軟件的機(jī)組LCU程序結(jié)構(gòu)見圖3。機(jī)組抽水（P）至抽水調(diào)相（PC）工況轉(zhuǎn)換仿真測試示意見圖4。

3 工程經(jīng)驗(yàn)與體會

該測試軟件直接利用監(jiān)控系統(tǒng)自身的可編程序控制器及其編程軟件，在沒有增加任何額外仿真測試設(shè)備的情況下，實(shí)現(xiàn)了對大型抽水蓄能機(jī)組控制程序的全工況自動動態(tài)仿真測試。通過應(yīng)用該軟件，清蓄機(jī)組程序的各種設(shè)計功能得到了充分驗(yàn)證，各種存在的缺陷也得以及時發(fā)現(xiàn)并優(yōu)化完善，為清蓄現(xiàn)場調(diào)試的安全順利進(jìn)行打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)。清蓄首臺機(jī)組調(diào)試時間僅歷時52 d，清蓄監(jiān)控系統(tǒng)各種控制功能的合理性、安全性和可靠性得到了充分的驗(yàn)證。

圖3 機(jī)組LCU控制程序結(jié)構(gòu)簡圖

圖4 機(jī)組抽水至抽水調(diào)相工況轉(zhuǎn)換流程仿真測試簡圖

4 結(jié)束語

抽水蓄能機(jī)組控制流程進(jìn)行整體、有效的測試是非常重要和有必要的，測試工作不到位，很可能導(dǎo)致現(xiàn)場投運(yùn)時出現(xiàn)不安全因素，增加投運(yùn)難度和安全隱患。針對大型抽水蓄能機(jī)組控制流程設(shè)計開發(fā)的嵌入式仿真測試軟件具有直接嵌入到待測PLC程序中，不增加任何硬件設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，該仿真測試軟件能實(shí)現(xiàn)機(jī)組程序的全自動仿真以及多臺機(jī)組的聯(lián)合仿真，可以通過改變設(shè)備動作延時時間，測試不同情況下的設(shè)備間配合情況，該仿真測試軟件能仿真各種設(shè)備故障模式，驗(yàn)證機(jī)組控制程序?qū)@些故障的響應(yīng)是否符合設(shè)計要求。該仿真軟件還存在一些需要補(bǔ)充和完善的方面，嵌入式軟件平臺移植性能較差，目前正在研究通用型仿真測試軟件平臺。