中小水电站优化运行及其程序实现研究

徐春芹　李娇董　王丙龙

摘 要：为了提高水电站发电效率以及实现水电站的智能管理，往往采用AGC（自动发电控制）系统来控制水电站机组的运行状况。对于一些大型水电站来说，通常由专门的部门制定水电站的运行策略，相关的工作人员只需要根据调度任务就能够保证水电站各项工作的正常开展。而对于广大中小水电站来说，则必须要借助于AGC程序控制，實现机组负荷经济的合理分配。因此，开展中小水电站优化运行及程序实现研究具有重要的应用价值。

关键词：中小水电站；优化运行；程序控制；应用分析

引言

利用AGC系统实现中小型水电站的控制运行，虽然具有多方面的应用优势，但是该系统在实际应用中并没有得到广泛的推广。究其原因，固然与AGC控制技术不成熟、自动化元件不齐备有关，更重要的还是部分水电站缺乏优化运行意识，仍然坚持传统的水电站运行和管理方法。文章首先分析了中小水电站运行优化的基本原则以及所要重点解决的问题，随后就如何实现机组间最优负荷分配进行了详细讨论，最后提出了该优化运行程序的实现方法。

1 中小水电站运行优化原则及解决问题

1.1 运行优化的基本原则

根据具体内容和优化目标的不同，在开展中小水电站运行优化时，需要遵循以下两方面的优化原则：一方面是结合水电站当前的发电任务，科学选择发电所需的机组台数、型号，在满足水电站正常发电需求的同时，实现水电站运行负荷的平均分配，降低单台机组的工作压力；另一方面，在负荷平均分配之后，还必须要综合考虑水电站发电过程中可能出现的变化因素，例如机组的启停、水量的消耗等。只有综合考虑多方面的影响因素，才能制定出更加完善的预防措施以及最优化的判断，从而全面保证了水电站的安全和平稳运行。

1.2 所要解决的主要问题

中小水电站的调控优化策略，只能根据实际情况来确定，通常采用AGC作为水电站运行优化的主要手段。其主要解决的问题包括以下几方面：

第一，利用计算机仿真软件，模拟机组的动力特性实验，并将实验结果输入到二维坐标系中，构建机组动力特性曲线和流量曲线。随后，调用数据库中的标准参数，对比实验模拟所得的曲线图，找出动力特性曲线、流量曲线与标准曲线的差值。

第二，根据上一步中的差值结论，制定出各个机组的最优化启停时间，一来能够节省动力资源，二来也有利于电机运行负荷的平均分配。其中，机组负荷曲线的横坐标通常以时间（t）为单位，通过曲线图能够明确看出机组的启停时间以及运转时间。

第三，根据时间轴的变化情况，及时进行负荷调整和动态控制，并获取各个机组的水流量、压力负荷等数据，以便于为后期进行水电站的优化运行提供参考数据。在进行负荷调整时，可以采用手动操作和自动操作两种方式，其中自动操作需要配合AVC进行同步控制，以确保计算机程序指令能够实现闭环控制，提高程序的运行速度。

2 机组间最优负荷的分配方法

2.1 优化运行方式的计算机程序实施步骤

首先，确定优化运行方案。利用计算机读入初始数据，并且根据中小型水电站各个机组的流量，计算出单个机组、每天的负荷分配。通过比较负荷分配数值，求出水电站运行过程中耗水量的变化情况。选取耗水量最低的分配方案，作为水电站优化运行的最优运行方案。

其次，确定分配方案后，根据水电站工作的需要，科学选取控制方法。目前来说，常用的机组控制方法有以下几类：第一类是多参数单元控制法，主要的控制单元有高容量、高频率的PLC、快速数据计算单元LUC以及必要的AGC功能程序等。这种机组控制控制方法的优点在于能够实现对大批量数据的快速处理，从而在短时间内计算出水电站的优化运行控制方法；第二类是后台闭环控制法，利用后台AGC程序，实现程序运行和数据计算的同步进行，降低了人为控制和管理的难度。本文以后台闭环控制法为例，对其具体的程序编写步骤进行分析。

（1）程序平台。首先，开发了数据服务平台软件（Data Apply Server），主要负责与监控系统进行数据的实时交互；然后，在此开放式平台基础上载入开发的动态链接库（AGC.dll），实现需要的AGC功能程序。若存在较大差异的特性需求，可以考虑定制不同的策略模块，如VQC（电压无功控制）控制模块等；考虑到调节实时性不高（从计算、调节到反馈的优化过程存在迟滞性，频繁调节是没有必要的；另外也将导致自动化元件、主辅机设备动作过频，影响设备正常的安全运行周期），非秒级，且平台本身数据量并不大，采用ACCESS数据库即可满足要求。程序启动后默认进入闭环调节状态，默认以一定耗水下最大发电模式运行，可手动切换到给定负荷的最小耗水模式；程序自动读取配置信息文件，自动查询电站机组状态。

（2）曲线采样库实时计算与数据输入输出。在机组负荷分配表中，由上游水头H、实时采样得到的流量Qk值和机组负荷Nk确定机组最优组合、负荷分配方案，程序展现了功能区、曲线区与表格区3方面。功能区用于切换不同机组与权限控制；曲线区用于显示各机组的各种拟合曲线轨迹；表格区包括4个表格：输入数据列表配置、输出控制列表配置、曲线采样库列表和负荷分配计算结果列表。闭环运行时实时刷新各列表中的数据值，用于显示调节前后的对比。

2.2 执行经济优化运行的结果分析

数据录入到计算机后，会在后台进行计算并得出最终的结果。然后利用A/D转化器将数字结果转化成电子信号，以供PLC识别。PLC识别电子信号后，根据提前编写好的程序指令，实现对各个机组的启停或动作控制，从而确保了水电站各个机组的优化运行。为了保护机组元件，提高水电站前端装置的使用寿命，程序内部增加调频时钟，默认延时时间为30s。在这一时间段内，PLC可以根据前期程序计算所得的负荷分配情况，自动调整控制指令，保证各个机组受力均衡。最后，在程序末端安装蜂鸣器（报警器），一旦监测到相邻机组受力不一致，则蜂鸣器报警，程序自动结束。相关的管理人员可以及时进行程序调整，保证了整个水电站优化控制的顺利实现。

2.3 等微增率法进行最优负荷分配

根据实际工作经验可知，水电站耗水量只与各个机组的运行功率有关，并且两者之间呈现出简单的线性关系。因此，可以利用等微增率法计算各个机组之间的负荷差值，进而求出最佳的运行区段。除此之外，由于水电站地理位置、运行方式等因素的差异化影响，因此在进行优化设计时需要额外考虑更多的因素。此外，在利用等微增率法计算均分负荷时，通常需要先确定水电站的最优化运行目标，随后利用程序数列的表示形式，模拟各个机组的运行状态，然后根据模拟结果，调整相应的数值。这样一来，所得数值更加接近于水电站优化运行的实际值，从而达到了负荷均分的效果。

3 结束语

保证电力充足供应，对于地区经济的可持续发展起到了极大推动作用。中小型水电站作为地方电力的重要来源，保证其运行状况和发电效率极为重要。在进行水电站优化运行时，必须要结合水电站的实际情况，严格遵循相应的优化原则，不断改进运行程序，以确保水电站的运行管理水平，提高其经济效益。

参考文献

[1]王学明，张珊珊.经营性中小水电站PROT项目融资风险研究——以内云水电站为例[J].水利水电工程，2013（07）：174-176.

[2]张志强，赵鹏程.基于熵的PROT项目融资模式综合集成管理研究——以中小水电项目为例[J].华中科技大学学报，2011（16）：131-133.

[3]付传学，魏志坤.基于霍尔三维结构的中小水电站PROT项目融资模式风险管理研究[J].企业经营管理，2013（19）：109-111.