淺析可編程序控制器在水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用

林時(shí)來(lái) 胡永和

摘 要：對(duì)于水力發(fā)電站而言，水輪發(fā)電機(jī)是十分重要的設(shè)備，而調(diào)速系統(tǒng)能夠?qū)ζ溥M(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，保證水輪發(fā)電機(jī)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。本文以可編程序控制器為例，對(duì)其在水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用情況進(jìn)行了分析，然后提出了改進(jìn)的策略，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)的工作提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：PLC；水輪發(fā)電機(jī)；調(diào)速

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.13.168

0 引言

除了對(duì)水輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制，調(diào)速系統(tǒng)還需要完成開(kāi)機(jī)、停機(jī)以及調(diào)整負(fù)荷等任務(wù)，相關(guān)研究人員也在不斷提高調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。目前而言，可編程序控制器（PLC）的性能優(yōu)良，可靠性很好，并且在眾多領(lǐng)域內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。

1 水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介

一般而言，水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性以及動(dòng)態(tài)特性比較容易實(shí)現(xiàn)，通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)以及信息處理技術(shù)，能夠很好地保障水輪發(fā)電機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行，而可編程序控制器在水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)中的作用主要是提高系統(tǒng)的可靠性，并且解決一些復(fù)雜問(wèn)題。可編程序控制器具有診斷功能，可以通過(guò)各個(gè)模塊搜集機(jī)組、電網(wǎng)的頻率，從而判斷機(jī)組的工作是否正常。當(dāng)機(jī)組工作不正常時(shí)，就需要按照PID控制規(guī)律，對(duì)機(jī)組的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。不僅如此，調(diào)速系統(tǒng)可以與上位機(jī)進(jìn)行通信，接受命令完成相應(yīng)的操作，并且向上位機(jī)反饋?zhàn)陨磉\(yùn)行的信息。上位機(jī)可以實(shí)時(shí)掌握調(diào)速系統(tǒng)的狀態(tài)和情況，這就便于工作人員對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制和管理。假設(shè)調(diào)速系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者是相關(guān)設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，故障信號(hào)可以直接發(fā)送到上位機(jī)，也可以發(fā)送到電站的二次回路，并且能夠進(jìn)行聲光報(bào)警。

可編程序控制器的特點(diǎn)是可靠性高，但是應(yīng)用到水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)中，還需要考慮硬件的成本，所以需要采用主-從結(jié)構(gòu)，并且主要通過(guò)主機(jī)進(jìn)行工作，如果出現(xiàn)故障，再通過(guò)操作面板進(jìn)行調(diào)整。為了保證整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，需要對(duì)模擬量的輸入進(jìn)行濾波處理。

2 提高可編程序控制器應(yīng)用水平的策略

（1）提高處理速度?？删幊绦蚩刂破髋c工業(yè)生產(chǎn)息息相關(guān)，而且PLC的設(shè)計(jì)也遵循工業(yè)控制系統(tǒng)的要求，所以能夠快速實(shí)現(xiàn)編程，并且對(duì)于應(yīng)用的環(huán)境沒(méi)有特殊要求。但是需要注意的是，PLC的發(fā)展基礎(chǔ)和依據(jù)是順序控制，隨著VLSI的發(fā)展和成熟，PLC的應(yīng)用范圍變得更加廣泛。水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)對(duì)于精度的要求十分嚴(yán)格，這就需要調(diào)速系統(tǒng)具備極快的處理速度，這對(duì)于大型PLC而言，可以很好地完成這項(xiàng)工作，可是大型PLC價(jià)格比較昂貴，成本較高，所以需要從小型PLC價(jià)格入手，提高處理速度和能力[1]。

1）控制算法。就PLC而言，在進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算時(shí)，邏輯處理能力十分突出，但是功能比較單一，并且會(huì)占用大量的CPU，造成系統(tǒng)反應(yīng)緩慢。水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)涉及大量不同類(lèi)型的算法，特別是PID算法，這類(lèi)算法對(duì)應(yīng)不同的調(diào)節(jié)模式，所以導(dǎo)致CPU負(fù)擔(dān)過(guò)重。針對(duì)這種情況，需要改進(jìn)控制算法，尤其是在一些變量沒(méi)有顯著變化或者是變化沒(méi)有產(chǎn)生較大影響時(shí)，就不需要重復(fù)進(jìn)行控制運(yùn)算，這樣能夠減少計(jì)算的時(shí)間和次數(shù)，從而減輕CPU的負(fù)擔(dān)，滿(mǎn)足調(diào)速系統(tǒng)的要求。

2）等級(jí)劃分。眾所周知，調(diào)速系統(tǒng)需要收集的狀態(tài)量很多，并且不斷接收命令，同時(shí)做出反饋，這些信息和命令需要一定的時(shí)間，而且不能疏忽大意，所以不能通過(guò)算法提高處理速度，而是需要對(duì)信息進(jìn)行分級(jí)，對(duì)所有需要處理的信息按照程度輕重進(jìn)行劃分，然后優(yōu)先采集那些相對(duì)重要的信息。可以通過(guò)智能接口單元，采集完成后進(jìn)行預(yù)處理，然后再傳輸?shù)絇LC中，這樣就能夠優(yōu)先完成處理工作，減少PLC的工作量。

（2）豐富調(diào)節(jié)模式。目前，水輪發(fā)電機(jī)組應(yīng)用的調(diào)速系統(tǒng)以及市場(chǎng)中常見(jiàn)的調(diào)速系統(tǒng)，都集中在轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)上，但是調(diào)速系統(tǒng)不僅需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，還要完成開(kāi)機(jī)、停機(jī)等一系列的操作，所以靜態(tài)和動(dòng)態(tài)指標(biāo)不能準(zhǔn)確衡量調(diào)速系統(tǒng)。加上我國(guó)電網(wǎng)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，發(fā)電機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)不僅要做好電網(wǎng)調(diào)頻工作，還要不斷調(diào)整自身負(fù)荷，這就需要改變開(kāi)度設(shè)定值，這是因?yàn)殚_(kāi)度和功率有一定聯(lián)系?？墒且恍┐笮偷陌l(fā)電站，改變開(kāi)度對(duì)于功率的影響效果不明顯，只能通過(guò)功率直接設(shè)定負(fù)荷?？茖W(xué)研究表明，如果一個(gè)調(diào)速系統(tǒng)僅僅能夠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，盡管動(dòng)態(tài)指標(biāo)十分穩(wěn)定，但是仍然無(wú)法滿(mǎn)足市場(chǎng)和實(shí)際需求，這是由增減負(fù)荷的速度決定的，只有在增減負(fù)荷時(shí)保持較快的速度，才能真正滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)的需求。可以通過(guò)增加前饋環(huán)節(jié)，提高后期的響應(yīng)速度，從而在一定程度上改變功率，但是與開(kāi)度的改變還存在直接的關(guān)系。國(guó)外的一些先進(jìn)的調(diào)速系統(tǒng)在PLC的基礎(chǔ)上，增加了一些額外的調(diào)節(jié)功能，起到了一定的效果。為此，筆者嘗試設(shè)計(jì)一種多功能的調(diào)節(jié)模式，不僅涵蓋轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，還包括開(kāi)度調(diào)節(jié)和功率調(diào)節(jié)，這樣才能更好地適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展[2]。

（3）有關(guān)注意事項(xiàng)。需要注意的是，為了保證PLC正常工作，調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)該具備自動(dòng)選擇的功能，也就是在選擇調(diào)節(jié)模式時(shí)，不支持手動(dòng)選擇。但是也不是任何情況下都不允許手動(dòng)選擇，如果水輪發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)，并且正常運(yùn)行，這時(shí)候如果要切換調(diào)節(jié)模式，就可以進(jìn)行手動(dòng)選擇。電站的工作人員需要根據(jù)實(shí)際情況，合理選擇調(diào)節(jié)模式。以開(kāi)度的調(diào)節(jié)為例，如果機(jī)組需要降低開(kāi)度，就需要手動(dòng)選擇開(kāi)度調(diào)節(jié)模式，而且在手動(dòng)切換過(guò)程中，需要保證機(jī)組的平穩(wěn)運(yùn)行，整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)也要保證良好的狀態(tài)，嚴(yán)禁任何不當(dāng)操作對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾和破壞。當(dāng)然，PLC可以根據(jù)檢測(cè)到的異常情況，直接進(jìn)行自動(dòng)切換，這是因?yàn)榭刂茊卧獌?nèi)有容錯(cuò)軟件，可以糾正失誤的操作，如果人為進(jìn)行切換，需要進(jìn)行確認(rèn)，如果不進(jìn)行確認(rèn)，視為無(wú)效操作。調(diào)節(jié)模式之間的互相切換，會(huì)導(dǎo)致開(kāi)度和功率發(fā)生相應(yīng)的變化，所以操作需要簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確和便捷。

3 結(jié)論

綜上所述，經(jīng)過(guò)分析，我們發(fā)現(xiàn)可編程序控制器在水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用完全符合實(shí)際情況，雖然存在一定的不足之處，但是經(jīng)過(guò)改進(jìn)和優(yōu)化，可以很好地滿(mǎn)足我國(guó)水力發(fā)電站的正常運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫偉華，周玉萍，邢立強(qiáng).水輪發(fā)電機(jī)調(diào)速器中多項(xiàng)式方程法的應(yīng)用分析[J].水電廠自動(dòng)化，2015，36（02）：49-50.

[2]聶勇文.基于協(xié)同控制理論的水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)控制研究[D].華中科技大學(xué)，2016.