自動化控制技術(shù)在水力發(fā)電中的應(yīng)用

李雙喜

（湖南湘投銅灣水利水電開發(fā)有限責(zé)任公司,湖南 懷化 418002）

隨著科技的不斷發(fā)展，人們的生活質(zhì)量也在變得越來越高。但與此同時，在社會的進(jìn)步之下，人們的需求量也變得越來越高。為了更好地保障人們的生活水平質(zhì)量，就要進(jìn)一步地推動科技的發(fā)展。電力是國家發(fā)展的重要基礎(chǔ)資源之一，這些年來，我國一直致力于建立一個智能的電網(wǎng)系統(tǒng)。一個智能的電網(wǎng)系統(tǒng)，需要引入的技術(shù)是非常多的，自動化的控制技術(shù)就是其中必不缺少的一部分。自動化控制技術(shù)的高效運(yùn)用，不僅能更好地服務(wù)于水力發(fā)電廠的正常運(yùn)行，也能對其進(jìn)行高效地管理，更好地保障水力發(fā)電的穩(wěn)定性。

1 自動化控制技術(shù)及其在水力發(fā)電中的具體運(yùn)用

1.1 自動化控制技術(shù)簡述

自動化控制技術(shù)，從字面上來講就是對生產(chǎn)的某一些過程進(jìn)行自動控制。自動化控制技術(shù)起源于西方發(fā)達(dá)國家，引入我國的時間是比較短的[1]；但同時，它在我國的發(fā)展速度確實(shí)是非?？斓摹Ｗ詣踊刂萍夹g(shù)最大的應(yīng)用就是能實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)工業(yè)模式到現(xiàn)代工業(yè)模式的轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)在工業(yè)模式最突出的特點(diǎn)就是自動化，自動化的控制模式不僅減少了人力的使用，進(jìn)一步地提高了生產(chǎn)效率，也減少了傳統(tǒng)模式中由于人為因素導(dǎo)致的誤差或者錯誤。而且它對于總體成本的降低以及生產(chǎn)企業(yè)利益的上升都有極大的促進(jìn)意義，因此非常受我國工業(yè)界的青睞。

就目前的發(fā)展速度來說，自動化控制技術(shù)的前景是極為廣闊的，而且它也是時代的必然要求，所以在未來很長一段時間內(nèi)，它都是一種主流的趨勢。隨著科技的不斷發(fā)展，各種與自動化控制有關(guān)的設(shè)備也被研發(fā)出來，它們的功能也更加多元化，操作難度也變得越來越低，非常適合大規(guī)模推廣。我們也堅(jiān)信，基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的自動化控制一定會在全國范圍內(nèi)有一個廣泛的推廣，而且它也會進(jìn)一步推動我國總體行業(yè)的發(fā)展。與此同時，電力作為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要資源之一，在新世紀(jì)下，對于國民經(jīng)濟(jì)的增長起著重要的意義。為了更好地促進(jìn)電力行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，我們就要引進(jìn)以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的自動化控制技術(shù)，最大限度地提高發(fā)電的效率，并根據(jù)科學(xué)的方法控制所需要的成本，給人們謀取更大福利的同時，減少一些不必要的浪費(fèi)。

1.2 自動化控制技術(shù)在水力發(fā)電中的作用

在水電廠的水力發(fā)電系統(tǒng)中，自動化控制技術(shù)有一個較好的運(yùn)用，它發(fā)揮的主要作用就是對電廠水力的總體系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)督和管理。監(jiān)督和管理的主要方式就是對水電廠中各個流程的工作數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析以及后期處理，并根據(jù)處理后的結(jié)果進(jìn)行任務(wù)分配。在分配任務(wù)中，主要是對系統(tǒng)中的各個零件以及工作的時間進(jìn)行分配[2]。在此，我們也應(yīng)該保證各個零件的運(yùn)行狀態(tài)都是處于一個較好的狀態(tài)，工作時間也不能相互沖突，這樣才能保證水電廠整體運(yùn)行的流暢性。在水電廠中，自動化控制技術(shù)就像是一個控制中樞，它對電力系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析，并根據(jù)分析的結(jié)果進(jìn)行任務(wù)和機(jī)器時間的支配調(diào)理，它對于新時代下水力發(fā)電效率的進(jìn)一步提高是有著重要意義的。而在具體的運(yùn)行過程中，它的應(yīng)用效果可以歸納為以下三個方面。

1.2.1 提高生產(chǎn)工作的準(zhǔn)確性

具體運(yùn)行這項(xiàng)技術(shù)的時候，由于它能對機(jī)器設(shè)備所有的參數(shù)和數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析，所以可以較好地完成水力發(fā)電的各項(xiàng)工作，而完成的方式就是運(yùn)用一些自動化的設(shè)備。這些自動化設(shè)備的應(yīng)用可以減少很多由人力造成的誤差，不僅更好地提高了總體生產(chǎn)效率，也減少了大量人力的使用。這些自動化設(shè)備最大的特點(diǎn)就是準(zhǔn)確性較高，當(dāng)面對一些事故的時候，它們可以用已經(jīng)輸入的程序及時地做出最準(zhǔn)確的反應(yīng)，以此來保障生產(chǎn)的安全。在水力發(fā)電的過程中，往往需要大量的水資源作為載體，有一定的危險性。人們?nèi)绻龅搅艘恍┮馔馐鹿?，往往由于緊張而很難做出正確的反應(yīng)，這就導(dǎo)致了一些生產(chǎn)事故的發(fā)生。自動化控制技術(shù)的應(yīng)用可以較好地解決了這一問題，它能保障生產(chǎn)工作的準(zhǔn)確性和高效性。從這個方面來說，它的應(yīng)用就是必然的。

1.2.2 提高運(yùn)行系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性

在應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)的時候，發(fā)電廠可以根據(jù)本廠的實(shí)際情況對水資源進(jìn)行合理地調(diào)配。水力發(fā)電一般是利用水資源之間的勢能差來進(jìn)行發(fā)電的，人為控制水資源的高度可能會使得水資源發(fā)揮不出最大的作用。在這個情況下，我們就可以用自動化的控制技術(shù)來對水資源和電力資源進(jìn)行調(diào)度。調(diào)度的最終目的就是在滿足基礎(chǔ)生產(chǎn)并且保障生產(chǎn)安全的大前提之下，最大限度地減少生產(chǎn)中不必要的損失。如果能把損失率降到最低，那么生產(chǎn)的成本也會降到最低，也就能取得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2.3 提高生產(chǎn)的效率

水力發(fā)電廠內(nèi)部的結(jié)構(gòu)是比較復(fù)雜的，往往會使用很多的大型機(jī)器。這些大型機(jī)器在使用的時候都會產(chǎn)生較大的噪音，為了避免對周圍的居民產(chǎn)生影響，水力發(fā)電廠一般都坐落在比較偏遠(yuǎn)的地區(qū)。由于涉及的要點(diǎn)比較多，所以水力發(fā)電廠的復(fù)雜性強(qiáng)度也比較高。在這種情況之下，如果能運(yùn)用自動化的控制技術(shù)，就可以較好地解決這些問題[3]。自動化控制技術(shù)的高效運(yùn)用，可以真正地實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)代替人對生產(chǎn)進(jìn)行控制，這樣就不需要使用大量的人力了。從這個角度來說，它的運(yùn)用真正地解放了勞動力，把人力資源從煩瑣復(fù)雜的工作中解放出來，而且也進(jìn)一步地提高了生產(chǎn)效率，是非常契合工業(yè)發(fā)展觀的。自動化控制技術(shù)的應(yīng)用也可以有效地改善水力發(fā)電廠周圍的生產(chǎn)環(huán)境，使得生產(chǎn)環(huán)境不再惡劣，周圍的生態(tài)系統(tǒng)也得到了更好的保障，踐行了科學(xué)發(fā)展觀的理念。

2 自動化控制技術(shù)在水力發(fā)電中的具體運(yùn)用

2.1 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

眾所周知，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是自動化控制技術(shù)的核心。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，運(yùn)用較多的就是監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)控系統(tǒng)可以對水力發(fā)電廠的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的監(jiān)測，從而對使用的技術(shù)和取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的控制，這對于水力發(fā)電廠效率的提高都是非常有幫助的。在現(xiàn)行監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)用中，所運(yùn)用到的具體設(shè)備比較多。一般根據(jù)實(shí)際情況的不同，采用的系統(tǒng)也往往會有所差距。大多數(shù)水電廠采用的是語音報(bào)警系統(tǒng)。語音報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用較為廣泛，取得的效果也是比較好的，它通過語音報(bào)警的方式來提醒工作人員，在很大程度上減少了一些事故的發(fā)生。另外，網(wǎng)調(diào)通信子系統(tǒng)的應(yīng)用也比較多。不過它的應(yīng)用一般是與辦公信息網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)進(jìn)行配合的，這兩者的配合才能更好地發(fā)揮出監(jiān)控的實(shí)際作用。當(dāng)然，在大多數(shù)的監(jiān)控系統(tǒng)中，都運(yùn)用到了GPS時鐘系統(tǒng)。這個系統(tǒng)是非常重要的，它可以有效地判斷時間，使得我們能查出事故問題的任何一個節(jié)點(diǎn)。值得一說的是，這些系統(tǒng)一般都是通過人與計(jì)算機(jī)的交互頁面來運(yùn)行的，所以可以給人們一個非常直觀的感受。這些監(jiān)控系統(tǒng)的進(jìn)一步運(yùn)用，也真正地解放了人力，使得“無人值班”的夢想成為現(xiàn)實(shí)。

2.2 水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用

除了計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用之外，在一般的水電廠中，對于水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用也比較廣泛。這種系統(tǒng)的應(yīng)用和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用是不同的，它有更強(qiáng)的針對性。它最主要的作用就是檢測發(fā)電調(diào)速的系統(tǒng)以及自動校準(zhǔn)同期系統(tǒng)的穩(wěn)定性。這種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，涉及的專業(yè)性比較強(qiáng)。它在對發(fā)電調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行控制的時候，可以有效地達(dá)到空載擾動的狀態(tài)。在大多數(shù)情況下，它也可以有效地對所有系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的測試，這些相關(guān)內(nèi)容不但包括了空載擺動，也包括了水輪機(jī)的開關(guān)規(guī)律[4]。當(dāng)測試完成之后，這個系統(tǒng)對測得的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，并通過計(jì)算機(jī)的運(yùn)算獲得一份科學(xué)準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。在具體使用的時候，可以根據(jù)這份實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行具體地運(yùn)用和問題的分析。不過我們也要知道，這份報(bào)告只能起到借鑒的意義，在具體的生產(chǎn)運(yùn)行中，還是要以實(shí)際為準(zhǔn)。

圖1是混流式水輪發(fā)電機(jī)電站全景圖，它對于水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用較為廣泛。

圖1 混流式水輪發(fā)電機(jī)電站全景圖

2.3 發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的應(yīng)用

發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)也是現(xiàn)行水電廠中運(yùn)用較多的一個系統(tǒng)，它最大的功能就是可以為同步的發(fā)電機(jī)提供穩(wěn)定的電流。它的主要組成部分一般有兩種，第一種是調(diào)節(jié)器，第二種是功率的單元件。在進(jìn)行具體工作的時候，它通過對功率單元的控制來達(dá)到發(fā)電機(jī)負(fù)荷的相應(yīng)波長處于一個穩(wěn)定的數(shù)值。它也可以通過對發(fā)電機(jī)不同的控制來保證電壓兩端的穩(wěn)定性。與此同時，在發(fā)動機(jī)之間的連接中經(jīng)常會發(fā)生無功功率的現(xiàn)象。發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)可以針對這一現(xiàn)象進(jìn)行合理地功率分配，以確保發(fā)電機(jī)的工作處于一個穩(wěn)定的狀態(tài)。針對發(fā)動機(jī)的具體工作，根據(jù)不同的特征，可以把它們的穩(wěn)定性分為兩個部分。第一個部分是靜態(tài)穩(wěn)定性，第二個部分是暫態(tài)穩(wěn)定性。除此之外，如果發(fā)動機(jī)在運(yùn)行的時候出現(xiàn)了一定的故障，那么勵磁系統(tǒng)也可以及時地檢測出這些故障。故障檢測出來之后，它就會進(jìn)行自動地滅磁，所以整個發(fā)電機(jī)系統(tǒng)就不再工作了，這也就避免了一些不必要的損失，更預(yù)防了更大危害的產(chǎn)生。另外，這個系統(tǒng)還可以根據(jù)發(fā)電機(jī)實(shí)際的功率需求來進(jìn)行實(shí)際的動態(tài)導(dǎo)向。具體來說，就是它能對最大的勵磁和最小勵磁進(jìn)行實(shí)時地監(jiān)督，使得它們的數(shù)據(jù)處于一個穩(wěn)定的狀態(tài)，有效地避免了一些隱患的發(fā)生。

3 結(jié)語

隨著科技的不斷發(fā)展，在水力發(fā)電中，一定要積極地引入自動化的控制技術(shù)，只有這樣，才能更好地促進(jìn)水力發(fā)電行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。就目前的實(shí)踐來說，自動化控制技術(shù)所起到的作用意義是非常大的，它不僅使水電廠發(fā)電的工作更具有準(zhǔn)確性，也真正提高了電力企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。最重要的是，它提高了生產(chǎn)的總體效率，也解放了大量的勞動生產(chǎn)力。我們堅(jiān)信，它的高效引入和應(yīng)用，一定會使得水力發(fā)電有一個更好的發(fā)展，同時它也是電力行業(yè)發(fā)展的重要推動力之一，在未來很長一段時間之內(nèi)都不會有所改變。