摘要：随着经济的发展，PLC在中小型水电站监控系统中得到了广泛的应用。因此，探讨PLC在中小型水电站监控系统中的应用具有重要的意 义。本文首先对水电站监控系统进行了概述，详细探讨了PLC在监控系统中的应用，旨在促进中小型水电站的发展。
关键词：PLC；水电站；监控系统
可编程控制器（以下简称PLC）是自动控制技术、计算机技术和通信技术3者结合的通用工业自动化装置，在工业生产各领域得到广泛的应用 ，已成为工业自动化的支柱之一。我国是一个水资源很丰富的国家，各地都有很多中小型水电站。水电站监控系统现已由常规继电器控制模 式向计算机监控系统模式转变。很多中小型水电站现还处于电磁式常规控制模式。常规自动控制系统是针对特定的控制对象而构成，不同控 制对象的控制系统不相同，当控制对象的保护种类及控制顺序要改变时，则要改变自动控制回路。常规自动控制系统的弱点在于调节性能较 差，难以实现对水电站设备的自动调节及巡回检测。整个电站的运行都需要人工调节、参与，甚至部分设备的控制调节依赖于人工经验判断 。基于这种运行模式，电站的控制运行的可靠性、可维护性及自动化程度都很低。所以采用PLC用于中小型水电站监控系统中，以提高水电 站的自动化水平。
1 水电站监控系统简介
对于一个小型水电站的监控系统来说，在整个操作控制流程中比较重要的是水轮机组的开停机流程控制以及站内油、气、水辅助系统的控制 。因此应用PLC进行控制的重点就是水轮机组的开停机流程控制以及站内油、气、水辅助系统的控制。
1.1中小型水电站计算机监控系统设计原则
（1）电站计算机监控系统，系统按“无人值班”（少人值守）的原则进行设计，既可实现站内监控，又能实现远程监控。
（2）系统高度可靠，实时性好，抗干扰能力强，适应现场环境。
（3）选用开放式、全分布的系统结构，系统配置和设备选型适应计算机发展迅速的特点，具有选进性和向后兼容性，充分保护用户的投资 。
（4）软件采用模块化、结构化设计，保证系统的可扩性，满足功能增加及规模扩充的需要。
（5）采用成熟的、可靠的、标准化的硬件、软件、网络结构。
（6）监控系统响应速度快，可靠性和可用率高，可维护性好。
（7）监控系统人机接口功能强，适应电厂运行习惯操作。
目前大多数设计院和计算机监控生产厂家，对水电站综合自动化系统都是按分层分布开放式，无人值班（少人值守）的运行方式设计，整个 系统在物理上分为两层：电站主控层和现地控制层。
1.2中小型水电站计算机监控系统配置模式
（1）集中式结构。该模式两层之间的网络结构是基于现场总线或以太网联接的实时通讯网络。其特点就是所有监控功能在一台主机上运行 ，简单、可靠、造价低、投资少。适用于对监控系统要求不高的小型水电站综合自动化系统。
（2）星形网/环网结构模式。采用PLC直接连接以太网的全开放、分层、分布式网络结构。该结构适用于通信协议复杂，协议数较多而PLC通 信接口数较少，对监控系统要求较高的中小型水电站综合自动化系统。网络结构为星形网或环网
2 PLC在监控系统中的应用
2.1PLC的原理简介
在中小型水电站监控系统中，PLC主要用于分站层设备，在水电站中可实现数据采集、控制调节的作用。从广义上来说，PLC也是一种计算机 控制系统，只不过它比一般的计算机具有更强的与工业过程相连接的接口和更直接的适应于控制要求的编程语言。所以PLC与计算机控制系 统的组成十分相似，也具有中央处理器（CPU）、存贮器、输入输出（I/O）接口、电源等。
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2.2基于PLC的本地层
我国将PLC应用于水电厂生产设备的监控始于20世纪80年代，由于PLC一般按照工业使用环境的标准进行设计，可靠性高、抗干扰能力强、编 程简单实用、接插性能好，很快被电站用户和系统集成商接受，得到了较好的应用。由于各种PLC的设计原理差异较大，产品的功能、性能 以及可以构成现地系统的规模有很大的不同。一般来说，根据不同电站在安全性能（包括可靠性、可维护性等）、应用功能、控制规模、系 统结构等方面的实际需求进行选择，还是可以找到合适的PLC的。目前我国很大一部分电站的自动化系统都是采用PLC构成现地控制部分的， 通过合理的配置和搭配，它们基本上都能在系统中担负起相应责任，完成相应的功能。
2.3 PLC的顺序控制功能与数据处理
机组PLC的主要软件功能模块包括：事故紧急停机、开机至空转、空转至空载、空载至发电、发电至空载、空载至空转、空转至停机备用等 。其中，紧急停机流程具有最高优先级，事故停机流程次之，正常停机流程再次之。任一停机流程启动的同时，即退出当前正在执行的非停 机流程，非停机流程之间是并列关系，不可能同时进行。
2.4 PLC基于模糊控制的机组自动电压（AVC）调节
模糊控制系统是一种以模糊数学、模糊语言形式的知识表示和模糊逻辑的规则推理为理论基础；采用计算机控制技术构成的一种具有反馈通 道的闭环机构数字自动控制，其核心是具有智能性的模糊控制器。电站AVC是指按预定条件和要求自动控制水电站母线电压或全厂元功功率 的技术。在保证机组安全运行的条件下，为系统提供可充分利用的无功功率，减小电厂的功率损耗。其控制直接关系到整个系统的电压品质 。为了确保系统的运行电压具有正常水平，系统必须拥有足够的无功电源来满足系统负荷和网络对无功功率的需求以及补偿无功功率的损耗 。发电机是系统的主要无功电源，因此电站AVC控制已成为保证电压质量和无功平衡，提高电网可靠性和经济性必不可少的措施。
（1）控制方法
理论上，用根据数学模型计算得来的最优元功目标值可指导调整系统达到最佳状态，然而，最优无功目标值的精度通常不高。因此在调节过 程中，要把电站的高压母线侧中枢点电压作为控制目标而不是无功输出值。电站AVC按实际母线电压与系统给定电压的偏差对无功进行分配 。AVC设定的全厂无功：当确定了站内AVC调整的总无功容量后，需要确定机组问Ave分配原则，即各台机组需承担多少无功。
（2）调节手段
电站机组除了具有发电工况、抽水工况外，还具有发电调相工况和抽水调相工况。机组在发电、抽水、发电调相三种工况均可以发出无功提 高电网电 压；也可以吸收无功降低电网电压。
3 结束语
综上所述，探讨PLC在中小型水电站监控系统中的应用对中小型水电站的发展具有重要的作用。因此要进一步加强PLC在中小型水电站监控系 统中的应用，这样才能提高系统运行的稳定性。
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论文作者:李梦文
论文发表刊物:《电力设备》2018年第12期
论文发表时间:2018/8/9
标签：水电站论文; 监控系统论文; 系统论文; 电站论文; 在中论文; 机组论文; 电压论文; 《电力设备》2018年第12期论文;