監控系統及其應用在水電站自動化系統中的研究

【摘 要】自動化對于水電站現代化水平來說，至關重要。本文基于水電站自動化的組成內容，較為詳細地闡述了水電站計算機監控系統的相關設計原則、計算機監控系統的自動控制架構以及計算機監控系統的相應功能。

【關鍵詞】監控系統；應用；水電站；自動化系統

0引言

自動化程度對于水電站的現代化水平來說，至關重要。而且，自動化技術對于水電站安全經濟的運行，是不可或缺的技術手段。機組容量地不斷增加，自動化技術對于水電站安全經濟的運行所發揮的作用越來越重要。

大型水力發電站的設備相對較復雜，需要監視以及控制的信息量很龐大，只有通過計算機以及自動化的控制才可解決許多關鍵的技術問題。所以，在大型水力發電站采用計算機監控系統，可確保電力系統與電網的安全、正常運行。

1 水電站自動化的組成內容

1. 1水電站自動化的組成部分

水電站自動化是基于不同的自動裝置從而實現的，其自動裝置主要包括基礎自動裝置以及綜合自動裝置兩方面。每個機組都具備自動裝置，比如：保持一定轉速的機組調速裝置，改變發電機無功功率以及維持電壓的自動調節勵磁裝置，這些裝置都屬于自動化的裝置，這些裝置組成為水電站自動化的基礎。其它種類的屬于全站性的自動裝置，比如頻率與有功功率調節的裝置、電壓與無功功率調節的裝置以及自動巡回檢測的裝置等等，這些都屬于水電站綜合自動化的組成部分。這些自動裝置對整個電站的自動控制以及檢測起到關鍵的作用，依據基礎自動裝置從而實現對機組的自動控制與調節。計算機的監控系統則實現了基礎自動裝置與綜合自動裝置之間的相應連接。

1.2水電站自動化的內容

所謂的水電站自動化，主要指使水電站生產過程的相關操作、控制以及監視能夠在少數人或者是無人的情況下，按照預先制定的計劃自動地實施。水電站的相應生產過程較簡為單，這可為水電站實現自動化奠定了良好的基礎。因為水電站在系統中的主要任務是負責調頻調峰，所以，對水輪發電機的要求是能夠迅速地開停機、運行工況的改變以及調節出力。上述的要求只有在水電站完全實現自動化之后方可高效率地完成。

2 系統設計原則

基于“無人值班”的總體設計思想，計算機監控系統主要應遵循如下相關幾方面的設計原則：

（1）系統結構要先進

監控系統要達到水電站機組的分期以及分批投產的要求，LCU投運之后，在很長一段時間內，仍將處于國際領先水平；現場的監控設備應該具有很高的可維護性、可用性、可靠性以及擴展性；數據精度以及事件的響應都要符合電力系統的相關規定，并可以滿足電廠實際安全生產的相關要求；LCU的各個組成部分設計都要使用全開式的結構，這樣可以方便今后的發展。

（2）系統要安全可靠

監控系統的局部故障對于現場設備的正常運行是沒有影響的，系統平均故障的間隔時間、平均的維修時間以及各項可用性的指標都是要達到相關的要求，保證其國際先進的水平。監控系統的可靠性主要表現于供電系統的安全可靠性、監控系統的硬件可靠性、監牢網絡的安全可靠性以及設備故障的風險可靠性等幾方面的內容。

（3）開放性要良好

監控系統均使用開放式系統，整體系統的軟件均使用模塊化以及結構化的設計，這樣可以適應不同功能的增加與各種規模類型的擴充。

（4）人機界面要完善

水電站的運行人員可根據豐富的人機接口設備，進行全方位的監視控制。這些人機接口設備主要包括操作員站、觸摸屏、大型的屏幕設備、監測的終端、模擬屏、語音報警設備以及數據服務器等。加強對外通信功能的監控系統具備了實時性好以及較強的抗干擾能力等特點，系統要滿足和上級調度中心之間的通信要求，從而實現“四遙”功能、調度優化以及運行的經濟性，并且要實現和廠區子系統之間的互相通信。

（5）經濟性要良好

監控系統在技術上須確保電站的能夠長期、穩定以及安全地運行，這樣可以顯著提高經濟效益，那么，值班人員的工作條件在一定程度上也會有效改善。

3 系統的總體構架

3. 1 監控系統的結構設計

依據監控系統的整體相關設計原則，監控系統比較適用于使用全分布以及開放式的控制系統架構，也就是建立一個開放、多級以及實時多任務的全分布式的數據采集及監控系統，該系統分為廠站的監控層、現場的控制層以及遠方的調度層。整體系統屬于完整的實時閉環控制的系統，不僅能獨立完成不同現場閉環控制的相應功能，而且還能根據和調度中心計算機監控系統的互相聯網從而實現遠程的監控。監控系統的全廠數據庫以及歷史數據庫均分布于相應的數據管理站內，每個單元數據庫均分布于每個LCU中，系統的各個功能分布于系統的每一個節點處，每個節點須嚴格執行指定的任務，而且要根據系統網絡和其他節點進行相應的通信。監控系統的典型結構如圖1所示。

3. 2 監控系統軟件的結構

監控系統的軟件大多數是采用分布式的系統架構，功能軟件的結構相對清晰。監控系統的軟件不僅具備完整齊全以及標準化等特點，還能簡便地在網絡中任意位置的節點出進行相應的配置，而且可以復制以及重復進行使用，既能獨立運行，又能對工作進行協同，系統軟件充分體現了靈活性以及可靠性等性能。系統功能分布于系統的各個節點處，并根據系統網絡和其他的節點進行通信，通過系統的配置文件指定節點的功能，從而實現了各個節點在執行任務時的靈活配置。

4 系統功能

4. 1 廠站監控層的功能

廠站監控層是電站的實時控制中心，其任務是負責全廠自動化功能的實現、對來自現場控制單元層的所有數據進行采集和處理、電站的人機對話、與現場控制單元層以及調度中心的計算機等進行相應通信。主要包括如下幾方面的內容：

（1）信息管理工作站。該節點的主要工作是廠站層的數據采集、處理以及相應的歸檔。

（2）操作員工作站。該節點的主要工作是進行監視、調節與控制以及報表的打印等。

（3）工程師工作站。該節點的主要工作是維護與管理系統以及功能應用與開發等。

（4）培訓仿真工作站。該節點的主要工作是對運行人員進行相應的操作培訓等。

（5）調度通信服務器。該節點的主要工作是與上級調度中心的光纖進行網絡連接以及協議轉換。

4. 2 現場控制層的功能

現場的控制層單元可以對其管轄的整個生產過程進行全程的監控，根據輸入和輸出接口與生產過程進行相應的連接，根據通信接口以及相應的設備和主控制層進行信息的交換。每個現場的控制單元均具備相對的獨立性，能夠直接采集和預處理生產過程中的實時數據，完成各個設備的監視、調整以及控制等相應功能。

5結束語

計算機的監控系統可以實現“無人值班”或者是只有少數人值班，其本身具備一定的人機界面、防誤操作的措施以及處理事故的能力。監控系統除了具備現場的各種監視、操作以及控制等相應功能，還具備可與遠程控制系統進行通信的能力。因此，水電站通過開發自動化系統，可以提高設備的整體操作水平，對于設備的安全及穩定的運行，是非常有利的。

參考文獻

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