大型抽水蓄能機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有限公司，北京100038；2.調峰調頻發電公司清遠抽水蓄能發電有限公司，廣東 清遠511853）

近年來，我國抽水蓄能電站的建設步伐呈現加快趨勢，隨著我國經濟社會的發展，電力系統規模的不斷擴大，用電負荷和峰谷差持續加大，電力用戶對供電質量要求不斷提高，隨機性、間歇性新能源大規模開發，對抽水蓄能電站發展提出了更高要求。

作為抽水蓄能電站自動化控制核心部分的計算機監控系統，在電站安全穩定運行中起重要作用。由于抽水蓄能機組控制流程工況多，工況之間轉換流程復雜，而且在流程轉換過程中各機組之間、機組與其他設備之間交叉聯系多，使得監控系統在現場投運時，一些流程在現場無法實現閉環測試環境。

為了能對抽水蓄能電站機組控制程序進行整體、有效的測試，針對大型抽水蓄能機組控制流程的結構特點，設計開發了嵌入式仿真測試軟件。

1 嵌入式仿真測試軟件

1.1 設計思想

抽水蓄能機組控制程序的有效運作依賴于與現場實際運行設備的互動，監控系統實時采集現場設備運行數據，依據采集到的運行數據，控制程序進行分析、判斷并發出相應的輸出指令到現場設備，這樣形成對機組及其輔助設備的監視與控制。在出廠前進行的程序測試，硬件設備只有監控系統本身的設備，沒有與之有信息交互的其他設備。

抽水蓄能機組控制流程涉及到的現場控制對象多、機組之間信息交互多、現地設備之間安全閉鎖多，要進行實際的全面測試在沒有現場設備時僅靠變量強制或在輸入端子處引入信號無法實現。這時候，就需要引入一種設施能夠模擬現場設備，實現與監控系統的互動。這里，我們引入了仿真測試軟件這一工具，用以實現模擬現場設備的運作，使監控系統的控制程序可以實現閉環流轉。針對控制流程的測試仿真軟件著眼點在于模擬現場設備接收到相關指令或信號后引起的設備狀態改變或者相關參數變化。

1.2 軟件結構

抽水蓄能電站機組控制流程涉及到的控制對象和LCU之間的信息交互很多，將所有與機組控制程序有信息交互的信息源都整理出來，根據這些信息源接收到機組控制流程信號時的狀態變化或參數變化，擬化為一個個基于邏輯運算的仿真模型塊。仿真測試軟件由這些仿真模型塊組成，機組控制程序發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生的狀態或參數的變化是仿真測試軟件的輸出信息流。機組控制程序依靠仿真測試軟件實現信息流動閉環（圖1）。

圖1 仿真測試軟件與機組控制程序信息流動圖

2 仿真測試軟件應用

廣東清遠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-發電電動機機組，單機容量（發電工況）320 MW，電站總裝機容量1 280 MW的日調節抽水蓄能電站。

廣東清遠抽水蓄能電站現地層共有10套LCU，分別是4套機組LCU、機組公用LCU、廠內公用LCU、開關站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

清遠抽水蓄能電站機組工況主要有6個穩態（停機、發電、發電調相、抽水調相、抽水、旋轉熱備用）和3個暫態（拖動、線路充電、黑啟動）。機組控制流程有20多個，機組控制程序具有結構復雜、程序量大、工況轉換流程多、控制對象多、機組間交叉配合多、各種設備間安全閉鎖多等諸多特點。為了實現對清遠抽水蓄能電站機組控制程序進行全面動態測試，在該項目中應用了大型抽水蓄能機組控制程序仿真測試軟件。應用了仿真測試軟件的機組LCU程序結構見圖3。機組抽水（P）至抽水調相（PC）工況轉換仿真測試示意見圖4。

3 工程經驗與體會

該測試軟件直接利用監控系統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備的情況下，實現了對大型抽水蓄能機組控制程序的全工況自動動態仿真測試。通過應用該軟件，清蓄機組程序的各種設計功能得到了充分驗證，各種存在的缺陷也得以及時發現并優化完善，為清蓄現場調試的安全順利進行打下了堅實的基礎。清蓄首臺機組調試時間僅歷時52 d，清蓄監控系統各種控制功能的合理性、安全性和可靠性得到了充分的驗證。

圖3 機組LCU控制程序結構簡圖

圖4 機組抽水至抽水調相工況轉換流程仿真測試簡圖

4 結束語

抽水蓄能機組控制流程進行整體、有效的測試是非常重要和有必要的，測試工作不到位，很可能導致現場投運時出現不安全因素，增加投運難度和安全隱患。針對大型抽水蓄能機組控制流程設計開發的嵌入式仿真測試軟件具有直接嵌入到待測PLC程序中，不增加任何硬件設備的優點，該仿真測試軟件能實現機組程序的全自動仿真以及多臺機組的聯合仿真，可以通過改變設備動作延時時間，測試不同情況下的設備間配合情況，該仿真測試軟件能仿真各種設備故障模式，驗證機組控制程序對這些故障的響應是否符合設計要求。該仿真軟件還存在一些需要補充和完善的方面，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。