徐春芹　李嬌董　王丙龍

摘 要：為了提高水電站發(fā)電效率以及實現(xiàn)水電站的智能管理，往往采用AGC（自動發(fā)電控制）系統(tǒng)來控制水電站機組的運行狀況。對于一些大型水電站來說，通常由專門的部門制定水電站的運行策略，相關的工作人員只需要根據(jù)調(diào)度任務就能夠保證水電站各項工作的正常開展。而對于廣大中小水電站來說，則必須要借助于AGC程序控制，實現(xiàn)機組負荷經(jīng)濟的合理分配。因此，開展中小水電站優(yōu)化運行及程序實現(xiàn)研究具有重要的應用價值。

關鍵詞：中小水電站；優(yōu)化運行；程序控制；應用分析

引言

利用AGC系統(tǒng)實現(xiàn)中小型水電站的控制運行，雖然具有多方面的應用優(yōu)勢，但是該系統(tǒng)在實際應用中并沒有得到廣泛的推廣。究其原因，固然與AGC控制技術不成熟、自動化元件不齊備有關，更重要的還是部分水電站缺乏優(yōu)化運行意識，仍然堅持傳統(tǒng)的水電站運行和管理方法。文章首先分析了中小水電站運行優(yōu)化的基本原則以及所要重點解決的問題，隨后就如何實現(xiàn)機組間最優(yōu)負荷分配進行了詳細討論，最后提出了該優(yōu)化運行程序的實現(xiàn)方法。

1 中小水電站運行優(yōu)化原則及解決問題

1.1 運行優(yōu)化的基本原則

根據(jù)具體內(nèi)容和優(yōu)化目標的不同，在開展中小水電站運行優(yōu)化時，需要遵循以下兩方面的優(yōu)化原則：一方面是結合水電站當前的發(fā)電任務，科學選擇發(fā)電所需的機組臺數(shù)、型號，在滿足水電站正常發(fā)電需求的同時，實現(xiàn)水電站運行負荷的平均分配，降低單臺機組的工作壓力；另一方面，在負荷平均分配之后，還必須要綜合考慮水電站發(fā)電過程中可能出現(xiàn)的變化因素，例如機組的啟停、水量的消耗等。只有綜合考慮多方面的影響因素，才能制定出更加完善的預防措施以及最優(yōu)化的判斷，從而全面保證了水電站的安全和平穩(wěn)運行。

1.2 所要解決的主要問題

中小水電站的調(diào)控優(yōu)化策略，只能根據(jù)實際情況來確定，通常采用AGC作為水電站運行優(yōu)化的主要手段。其主要解決的問題包括以下幾方面：

第一，利用計算機仿真軟件，模擬機組的動力特性實驗，并將實驗結果輸入到二維坐標系中，構建機組動力特性曲線和流量曲線。隨后，調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的標準參數(shù)，對比實驗模擬所得的曲線圖，找出動力特性曲線、流量曲線與標準曲線的差值。

第二，根據(jù)上一步中的差值結論，制定出各個機組的最優(yōu)化啟停時間，一來能夠節(jié)省動力資源，二來也有利于電機運行負荷的平均分配。其中，機組負荷曲線的橫坐標通常以時間（t）為單位，通過曲線圖能夠明確看出機組的啟停時間以及運轉時間。

第三，根據(jù)時間軸的變化情況，及時進行負荷調(diào)整和動態(tài)控制，并獲取各個機組的水流量、壓力負荷等數(shù)據(jù)，以便于為后期進行水電站的優(yōu)化運行提供參考數(shù)據(jù)。在進行負荷調(diào)整時，可以采用手動操作和自動操作兩種方式，其中自動操作需要配合AVC進行同步控制，以確保計算機程序指令能夠實現(xiàn)閉環(huán)控制，提高程序的運行速度。

2 機組間最優(yōu)負荷的分配方法

2.1 優(yōu)化運行方式的計算機程序實施步驟

首先，確定優(yōu)化運行方案。利用計算機讀入初始數(shù)據(jù)，并且根據(jù)中小型水電站各個機組的流量，計算出單個機組、每天的負荷分配。通過比較負荷分配數(shù)值，求出水電站運行過程中耗水量的變化情況。選取耗水量最低的分配方案，作為水電站優(yōu)化運行的最優(yōu)運行方案。

其次，確定分配方案后，根據(jù)水電站工作的需要，科學選取控制方法。目前來說，常用的機組控制方法有以下幾類：第一類是多參數(shù)單元控制法，主要的控制單元有高容量、高頻率的PLC、快速數(shù)據(jù)計算單元LUC以及必要的AGC功能程序等。這種機組控制控制方法的優(yōu)點在于能夠實現(xiàn)對大批量數(shù)據(jù)的快速處理，從而在短時間內(nèi)計算出水電站的優(yōu)化運行控制方法；第二類是后臺閉環(huán)控制法，利用后臺AGC程序，實現(xiàn)程序運行和數(shù)據(jù)計算的同步進行，降低了人為控制和管理的難度。本文以后臺閉環(huán)控制法為例，對其具體的程序編寫步驟進行分析。

（1）程序平臺。首先，開發(fā)了數(shù)據(jù)服務平臺軟件（Data Apply Server），主要負責與監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的實時交互；然后，在此開放式平臺基礎上載入開發(fā)的動態(tài)鏈接庫（AGC.dll），實現(xiàn)需要的AGC功能程序。若存在較大差異的特性需求，可以考慮定制不同的策略模塊，如VQC（電壓無功控制）控制模塊等；考慮到調(diào)節(jié)實時性不高（從計算、調(diào)節(jié)到反饋的優(yōu)化過程存在遲滯性，頻繁調(diào)節(jié)是沒有必要的；另外也將導致自動化元件、主輔機設備動作過頻，影響設備正常的安全運行周期），非秒級，且平臺本身數(shù)據(jù)量并不大，采用ACCESS數(shù)據(jù)庫即可滿足要求。程序啟動后默認進入閉環(huán)調(diào)節(jié)狀態(tài)，默認以一定耗水下最大發(fā)電模式運行，可手動切換到給定負荷的最小耗水模式；程序自動讀取配置信息文件，自動查詢電站機組狀態(tài)。

（2）曲線采樣庫實時計算與數(shù)據(jù)輸入輸出。在機組負荷分配表中，由上游水頭H、實時采樣得到的流量Qk值和機組負荷Nk確定機組最優(yōu)組合、負荷分配方案，程序展現(xiàn)了功能區(qū)、曲線區(qū)與表格區(qū)3方面。功能區(qū)用于切換不同機組與權限控制；曲線區(qū)用于顯示各機組的各種擬合曲線軌跡；表格區(qū)包括4個表格：輸入數(shù)據(jù)列表配置、輸出控制列表配置、曲線采樣庫列表和負荷分配計算結果列表。閉環(huán)運行時實時刷新各列表中的數(shù)據(jù)值，用于顯示調(diào)節(jié)前后的對比。

2.2 執(zhí)行經(jīng)濟優(yōu)化運行的結果分析

數(shù)據(jù)錄入到計算機后，會在后臺進行計算并得出最終的結果。然后利用A/D轉化器將數(shù)字結果轉化成電子信號，以供PLC識別。PLC識別電子信號后，根據(jù)提前編寫好的程序指令，實現(xiàn)對各個機組的啟停或動作控制，從而確保了水電站各個機組的優(yōu)化運行。為了保護機組元件，提高水電站前端裝置的使用壽命，程序內(nèi)部增加調(diào)頻時鐘，默認延時時間為30s。在這一時間段內(nèi)，PLC可以根據(jù)前期程序計算所得的負荷分配情況，自動調(diào)整控制指令，保證各個機組受力均衡。最后，在程序末端安裝蜂鳴器（報警器），一旦監(jiān)測到相鄰機組受力不一致，則蜂鳴器報警，程序自動結束。相關的管理人員可以及時進行程序調(diào)整，保證了整個水電站優(yōu)化控制的順利實現(xiàn)。

2.3 等微增率法進行最優(yōu)負荷分配

根據(jù)實際工作經(jīng)驗可知，水電站耗水量只與各個機組的運行功率有關，并且兩者之間呈現(xiàn)出簡單的線性關系。因此，可以利用等微增率法計算各個機組之間的負荷差值，進而求出最佳的運行區(qū)段。除此之外，由于水電站地理位置、運行方式等因素的差異化影響，因此在進行優(yōu)化設計時需要額外考慮更多的因素。此外，在利用等微增率法計算均分負荷時，通常需要先確定水電站的最優(yōu)化運行目標，隨后利用程序數(shù)列的表示形式，模擬各個機組的運行狀態(tài)，然后根據(jù)模擬結果，調(diào)整相應的數(shù)值。這樣一來，所得數(shù)值更加接近于水電站優(yōu)化運行的實際值，從而達到了負荷均分的效果。

3 結束語

保證電力充足供應，對于地區(qū)經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展起到了極大推動作用。中小型水電站作為地方電力的重要來源，保證其運行狀況和發(fā)電效率極為重要。在進行水電站優(yōu)化運行時，必須要結合水電站的實際情況，嚴格遵循相應的優(yōu)化原則，不斷改進運行程序，以確保水電站的運行管理水平，提高其經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1]王學明，張珊珊.經(jīng)營性中小水電站PROT項目融資風險研究——以內(nèi)云水電站為例[J].水利水電工程，2013（07）：174-176.

[2]張志強，趙鵬程.基于熵的PROT項目融資模式綜合集成管理研究——以中小水電項目為例[J].華中科技大學學報，2011（16）：131-133.

[3]付傳學，魏志坤.基于霍爾三維結構的中小水電站PROT項目融資模式風險管理研究[J].企業(yè)經(jīng)營管理，2013（19）：109-111.