大型抽水蓄能机组控制程序仿真测试软件

白剑飞，彭煜民，刘晓波，赵勇飞

（1.北京中水科水电科技开发有限公司，北京100038；2.调峰调频发电公司清远抽水蓄能发电有限公司，广东 清远511853）

近年来，我国抽水蓄能电站的建设步伐呈现加快趋势，随着我国经济社会的发展，电力系统规模的不断扩大，用电负荷和峰谷差持续加大，电力用户对供电质量要求不断提高，随机性、间歇性新能源大规模开发，对抽水蓄能电站发展提出了更高要求。

作为抽水蓄能电站自动化控制核心部分的计算机监控系统，在电站安全稳定运行中起重要作用。由于抽水蓄能机组控制流程工况多，工况之间转换流程复杂，而且在流程转换过程中各机组之间、机组与其他设备之间交叉联系多，使得监控系统在现场投运时，一些流程在现场无法实现闭环测试环境。

为了能对抽水蓄能电站机组控制程序进行整体、有效的测试，针对大型抽水蓄能机组控制流程的结构特点，设计开发了嵌入式仿真测试软件。

1 嵌入式仿真测试软件

1.1 设计思想

抽水蓄能机组控制程序的有效运作依赖于与现场实际运行设备的互动，监控系统实时采集现场设备运行数据，依据采集到的运行数据，控制程序进行分析、判断并发出相应的输出指令到现场设备，这样形成对机组及其辅助设备的监视与控制。在出厂前进行的程序测试，硬件设备只有监控系统本身的设备，没有与之有信息交互的其他设备。

抽水蓄能机组控制流程涉及到的现场控制对象多、机组之间信息交互多、现地设备之间安全闭锁多，要进行实际的全面测试在没有现场设备时仅靠变量强制或在输入端子处引入信号无法实现。这时候，就需要引入一种设施能够模拟现场设备，实现与监控系统的互动。这里，我们引入了仿真测试软件这一工具，用以实现模拟现场设备的运作，使监控系统的控制程序可以实现闭环流转。针对控制流程的测试仿真软件着眼点在于模拟现场设备接收到相关指令或信号后引起的设备状态改变或者相关参数变化。

1.2 软件结构

抽水蓄能电站机组控制流程涉及到的控制对象和LCU之间的信息交互很多，将所有与机组控制程序有信息交互的信息源都整理出来，根据这些信息源接收到机组控制流程信号时的状态变化或参数变化，拟化为一个个基于逻辑运算的仿真模型块。仿真测试软件由这些仿真模型块组成，机组控制程序发出的命令或信号信息是仿真测试软件的输入信息流，仿真模型块接收到信息后产生的状态或参数的变化是仿真测试软件的输出信息流。机组控制程序依靠仿真测试软件实现信息流动闭环（图1）。

图1 仿真测试软件与机组控制程序信息流动图

2 仿真测试软件应用

广东清远抽水蓄能电站是一座安装有4台立式单级混流可逆式水泵水轮机-发电电动机机组，单机容量（发电工况）320 MW，电站总装机容量1 280 MW的日调节抽水蓄能电站。

广东清远抽水蓄能电站现地层共有10套LCU，分别是4套机组LCU、机组公用LCU、厂内公用LCU、开关站LCU、上库LCU、下库LCU和中控室LCU。各LCU在控制流程中均有信息交互（图2）。

图2 广东清蓄电站各LCU信息交互示意图

清远抽水蓄能电站机组工况主要有6个稳态（停机、发电、发电调相、抽水调相、抽水、旋转热备用）和3个暂态（拖动、线路充电、黑启动）。机组控制流程有20多个，机组控制程序具有结构复杂、程序量大、工况转换流程多、控制对象多、机组间交叉配合多、各种设备间安全闭锁多等诸多特点。为了实现对清远抽水蓄能电站机组控制程序进行全面动态测试，在该项目中应用了大型抽水蓄能机组控制程序仿真测试软件。应用了仿真测试软件的机组LCU程序结构见图3。机组抽水（P）至抽水调相（PC）工况转换仿真测试示意见图4。

3 工程经验与体会

该测试软件直接利用监控系统自身的可编程序控制器及其编程软件，在没有增加任何额外仿真测试设备的情况下，实现了对大型抽水蓄能机组控制程序的全工况自动动态仿真测试。通过应用该软件，清蓄机组程序的各种设计功能得到了充分验证，各种存在的缺陷也得以及时发现并优化完善，为清蓄现场调试的安全顺利进行打下了坚实的基础。清蓄首台机组调试时间仅历时52 d，清蓄监控系统各种控制功能的合理性、安全性和可靠性得到了充分的验证。

图3 机组LCU控制程序结构简图

图4 机组抽水至抽水调相工况转换流程仿真测试简图

4 结束语

抽水蓄能机组控制流程进行整体、有效的测试是非常重要和有必要的，测试工作不到位，很可能导致现场投运时出现不安全因素，增加投运难度和安全隐患。针对大型抽水蓄能机组控制流程设计开发的嵌入式仿真测试软件具有直接嵌入到待测PLC程序中，不增加任何硬件设备的优点，该仿真测试软件能实现机组程序的全自动仿真以及多台机组的联合仿真，可以通过改变设备动作延时时间，测试不同情况下的设备间配合情况，该仿真测试软件能仿真各种设备故障模式，验证机组控制程序对这些故障的响应是否符合设计要求。该仿真软件还存在一些需要补充和完善的方面，嵌入式软件平台移植性能较差，目前正在研究通用型仿真测试软件平台。