摘要：如何优化水电站运行条件，最大限度地提高水电站综合效益，是水电站发展一个重要问题。对于小水电站来说，自动控制技术是其控制一个重要方面。作为计算机系统重要组成部分，自动控制技术越来越受到人们重视。通过对小水电站分析总结，深入研究了水电站计算机监控系统，推导出了小水电站水位自动控制方法。
关键词：小水电站；水位；自动控制
前言：YAVUZ水电站为引水式电站，其引水系统由明渠和压力钢管组成，前池在其中间，有着调整和稳定水流作用，在机组增、减负荷时，削减上游渠道水流产生流浪，当机组突然甩负荷时，在压力钢管中产生压力突变，钢管中流量变化引起水位改变，在明渠中将产生非恒定流。取水口、引水渠道、前池、泄水道、尾水渠和电站厂房等为该水电站主要建筑物。压力前池作用：平稳水压，平衡水量；‚均匀分配流量；ƒ排除多余水量，电站停机时，向下游排出水量；④拦阻污泥和泥沙。在前池中设有拦沙等装置，能有效纺织泥沙流入管道，确保水轮机正常工作。
1.水电站系统组成
小水电站计算机监控系统在功能上呈现分层分布特点。在计算机监控为主同时，辅助采用常规设备，将控制级别分为电站级和单元级。其中单元级控制包括一套公用LCU、三套机组LCU、一套开关站LCU、一套前池LCU以及一套溢洪门LCU。这些LCU相互直接借助光纤环网来进行数据交换。而作为电站另外一个控制级电站控制级，其主要由一台通信服务器以及两台工业控制计算机组成，电站控制级主要功能就是通过收集并存储电站运行设备数据信息，达到时时监控水电站运营状态、时时控制设备目。
2.水电站按水位自动控制系统实际意义
按水位控制系统在水电站自动控制系统中处于十分重要位置，对于水电站生产运营有着十分重要意义，为水电站控制调节工作提出了很大帮助。
1）按水位自动控制方法，可以大大降低工作人员劳动量，提高工作效率。以前，小水电站运营主要是依靠人工，工作人员每天都需要定点巡查，并随时作好记录，像控制调节这类较为复杂、繁琐工作往往会严重影响工作者工作效率；现在，自动化控制系统普及应用，使得绝大多数人工操作被机械所替代，这就大大节省了人力成本，减轻了工作人员工作压力。自动控制系统应用除了减少了人工劳动力，还提高了水能与电能转化率，提升了水电站效益。
2）按水位自动控制方法可在一定程度上提升水电站时性、有效性。按水位自动控制系统，通过借助计算机以及相应科学技术，智能、灵活通过判断前池水位来确定发电机组运行情况，其实际效果是人工操作所不能与之相较。
3）水电站按水位自动控制系统，可有效提升水电站发电安全。人工操作与自动控制系统相比，其发现问题速率、精准程度远不及监控系统。而且，水位自动控制系统由于能够有效避免人工操作所存在失误，因此其在一定程度上提高了水电站安全可靠性
3.水电站按水位自动控制过程
首先是各LCU能够确保正常运行，其次是上位机IPC能够正常运行，另外要保证光纤环网能够正常通信、调速器能够按水头调节、前池水位计能够正常工作。水电站按水位模式开启程序如下，即在中控室工作人员操作下，通过选择“按水位运行模式”来开启，参与到运行中机组数目、开机顺序等也需要人工来设置。在接到上位机指示以后，前池LCU根据前台水位值来具体确定机组运行模式以及所开机数量。还有一点需要注意，那就是水电站按水位运行之后，需要确保其中一台机组是按水头—开度模式运行，剩余机组则是按给定效率最高点来运行。水电站按水位自动控制模式开启之后，为实现机组LCU与前池LCU直接控制，必须借助光线环网来完成信息交换。
依据前池水位，在前池LCU运行一台机组情况下，该机组应选择优先级相对较高。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在接到前池LCU开机命令后，机组LCU开机完成并网发电，与此同时要将并网消息及时反馈给前池LCU，前池LCU则需要根据具体情况来判断需不需要再开机，并使最终确定并网机组采取水头—开度运行模式，其余依据效率最高点给出值来运行。
1）如果前水位介于282．9～283．9m之间，并且经过前池LCU判定，确定只需一台机组，那么只需按照初始约定好开机顺序来确定相应机组，相应机组接收了前池LCU发出开机命令后，自动完成开机并网工作。而前池LCU在接收到机组发回开机并网信息后，及时向该机组回发“水头—开度”运行模式启动信号，之后，收到信号机组发出按水位运行模式开启要求。
2）如果第一台机组全开之后，仍然存在前池水位上升情况，当水位达到283．9～284．15m之间时，前池LCU就会做出开启第二台机组判断，并按照顺序开启第二台机。第二台机开启以后，第一台机将不再按照“水头—开度”曲线模式运行，而是按照效率最高点给定值来运转，而开启第二台机组则采用“水头开度”曲线模式来运行。
3）如果水位依然在上升，并最终超过了284．15m，那么前池LCU就会发出开启第三台机组命令。
第三台机经过选择并开启之后，和第二种情况一样，前两台开启机组按照最高效率点给定值来，新开启第三台机组则采用“水头－开度”曲线模式运行。按水位判断所需开机指令也就是，在通过优先级确定出开机机组编号，根据是否收到开机信号来判断机组是否需要开机，如果机组没有收到继续开机命令，那么就紧接着看下一优先级开机与否；停机信号发出也是依据前池LCU水位下降，如果前池水位出现下降，那么LCU就会判断是否需要停机，当前池LCU水位下降时，LCU判断是否停机，发出停机信号是按照优先级顺序，如果优先一级接收信息失败，信息将被传给下一级。如果在停机之前不能及时终止水头－开度模式，那么将会导致出现水电站输出功率振动较大情况，在优先级组停机完毕之后，再将优先级处于第二位机组设置为水头－开度模式，这样循序渐进地停机，才能保障设施设备安全以及输出功率稳定。
4.水电站自控系统优点
水电站自控系统能够有效利用水能，发挥实际水电站控制调节效果，在运行过程中安全，稳定，可靠。
1）水电站自控系统可以减少运行人员劳动强度。传统水电站运行模式主体主要是工作人员，每天定时巡检，记录，调节控制等繁杂工作内容，现在自动控制用计算机代替了人工，节省了体力脑力，减少了工人工作量，释放更多劳动力。同时提高了工作效率和准确度，能够将水能尽最大可能转化成电能。
2）水电站自动控制系统可以提高水电站有效性和及时性。自动化系统通过计算机，监控设置，控制体系技术能够高效来通过前池水位高低控制发电机组开停。其高效性和及时性已经远远超越了完全人工操作。
3）水电站自动控制系统可以提高水电站发电安全性、可靠性。在人工操作时期，工作人员定时定点去巡检，发现问题及时程度远不及监控系统快速，同时又避免了操作过程中工作人员失误，所以自动控制系统具有一定安全性和可靠性。
结束语：
近年来，在中国水电项目都得到了快速发展，现有4万多个小水电站已建成，已为中国经济发展和社会进步作出了巨大贡献。建在偏远山区小水电站，主要是解决中西部地区用电问题，小水电站技术起点相对较低，但随着计算机技术、自动化技术迅速发展，小水电站水位自动优化，更有效地利用水资源生产效率。根据SCADA系统控制原理和方法，可以看出水位调节方式避免了频繁启停、自动调节装置和有效进水，充分体现了小水电自动控制系统安全性、有效性、稳定性和可靠性。
参考文献：
[1]刘加英.小水电站按水位自动控制方法研究[J].大坝与安全，2011，3.
[2]饶志波.基于网络小型水电站计算机监控系统设计与研究[D].重庆大学，2012.
论文作者:赵航
论文发表刊物:《电力设备》2018年第1期
论文发表时间:2018/6/4
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