PLC技术在水电站控制系统中的应用

周豪

摘 要：众所周知，控制系统是水电站的重要组成部分。在现代化水电站运行方面，需要从不适宜的传统手动控制方法中走出来，建立先进性较强、可靠性较强及便捷性较强的控制系统，这是目前我国水电站最为主要的目标。本文先分析了PLC技术的原理及水电站控制系统的架构，然后提出了PLC技术的具体性设计流程，旨在为相关工作的顺利推进提供有效参考。

关键词：PLC技术；水电站；控制系统；应用

电力系统的运行过程较为复杂，包含着发电、输电、变电、配电及用电。而电力生产的最大的特征则是电能无法得以储存，普遍情况下电力都会处于平衡的状态中，而用电与此不同，会随时处于变化之中，所以电力也需要具有随时变化的能力，这是保持电网频率的有效方式，如此状态下绝不会对用电造成任何的危害。水电是电力系统稳定运行的最佳调节手段，具有调峰、调频及平衡发电的作用。将PLC技术和微机继电保护技术进行结合，是保证水电站控制系统稳定运行的基础保证，当然也是提升经济效益的最佳方式。

一、PLC技术概述

PLC技术和传统的技术有较大的区别，它是以微处理器为核心的数字运算操作电子系统装置，设计的出发点是工业现场。利用的存储器具有较强的编辑性，其存储执行、运算、控制及算术运算等各种操作指令都需要在存储器的内部进行，生产过程需要借助数字输入、输出接口等来控制与进行，具有的功能也非常多样，如逻辑控制、输出控制、通信联网等等。PLC及相关外围设备的设计中，始终需要坚持一个基本原则，即易于与工业控制系统形成一個整体及拓展其功能。

现在水电站控制系统中较为常用的一种中型PLC系统是SIEMENS S7-300系列PLC。它具有的优势是：高性价比、高电磁兼容性、超强抗冲性，并且适应性较强，近些年在电力、能源、汽车、纺织等各行各业中的应用十分广泛，能实现监测和控制的目的。最为关键的一点是能最大限度满足中等性能的使用要求，比如各单独模块可以根据实际的需求进行合理的组合与扩展。同时，具有易掌握的特征，能最大限度节省成本，是非常受欢迎的一种型号。

二、具体架构分析

水电站控制系统的具体架构，可以采取控制系统结构分主控级和现地控制级两层，其方式是上位机数据库和集中控制计算机数据库两种，这样能及时将数据量进行分散，并对监视、操作、数据采集及命令执行过程进行分散。网络结构可以采取冗余的光前环网，通讯规约可以采取TCP/IP，同时其传输速率不能少于100Mbps。借助水电站控制系统能对站内的主要机电设备进行合理控制，并对其运行情况进行全面性的监视。相关控制系统可以借助光纤主通信通道与省调通信，提供其需要的电站信息和接收省调的控制命令。

三、具体应用分析

1、水电站主控级

第一，数据采集和处理方面。采集数据需要以周期性的进程推进，采取的主要信息是各LCU收集的实时数据，以实现数据库的实时更新目的。并保持运行时的数据及历史数据，确保数据处于连续性的状态中。对各LCU收集到的实时数据要及时分析与处理，及时将其传送至调度中心的计算机监控系统中。

第二，实时监控状态。这里所指的监控状态实质上就是指状态的实时变化情况，并且分为两种类型：自动状态变化及受控状态变化。此两种状态出现任何变化时，都需要进行及时的记录、显示与打印，对其进行合理区分。其中的开关事故变位，对事故的处理会提出指导性建议，并且里面的画面会进行闪烁与变色，能将事故追忆记录及时打印出来。

除了上述两点的应用外，还被普遍运用到趋势分析及越限监视、过程监视及报警记录等几方面，对于水电站控制系统的正常运行都有较大的影响。

2、水电站现地控制级

此种控制级能对各监控对象发挥出极好的监控作用，各LCU的CPU能及时对自身进行合理的LCU管理。现地控制单元具有极强的独立运行能力，即使没有主控机的控制与引导，也能在进行及时对监控范围内的设备进行采集数据，并在处理、分析的基础上，对设定值及各设备工况进行修改与调节转换，它具有的纠错与容错能力是无可比拟的，能以最佳的方式将监控范围中的完整数据进行展示。其具体构成如下图：

3、自动发电控制

自动发电控制存在的目的，就是对电站的频率、高压线的输送功率进行科学、及时的控制。而在自动发电控制过程中，需要坚持一个基本标准，即调度中心下达的发电功率等要求，用固定原则先确定好需要几台运行机组，之后将具体要求发送过去，最后借助机组的组合方式和机组间最佳有功率分配，实现电站机组出力的闭环调节目的。

4、自动电压控制

对机组间的无功功率需要进行合理性的分配，利用机组控制单元中的调节机组成励磁，实现对电力范围的最佳维持目的。定期对电压给定值与测量值进行比较性分析，以两者之间的偏差为基础，对电站无功功率所需要的目标值进行PI调节计算。与此同时也发现了一个问题，无功率目标值和PI调节计算所得的积分项，都会受并网机组无功负荷能力的影响。所以无功功率目标值的确定还需要由联合调节机组间进行分配，这样才能精准的计算出无功功率的目标值。当无功功率目标值和测量值比较中出现偏差时，需利用PI调节计算出机端电压给定值，最终将之传送到LCU环节进行执行。

【总结】

综上所述，将PLC技术应用到水电站控制系统中，完美的将PLC技术与继电保护技术结合了起来，所以技术方案的设计与执行性较高。不仅促进了水电站自动化水平的提升，也会促使水电站运行效率的不断提升，非常值得进行推广性的应用与深入性的研究。

参考文献：

[1]PLC技术在水电站控制系统中的应用[J].徐斌. 现代冶金. 2010（04）

[2]浅谈水电站AGC控制系统的投运调试[J]. 龙川. 水电站机电技术. 2016（02）