水电站计算机监控模式与结构功能研究

邓　玲

摘要：随着计算机和网络技术的发展并深入工业生产过程的各个领域，同时由于越来越多、越来越大的水电工程开发，迫切需要更为先进和可靠的控制系统去操作日趋复杂的控制设备。由此便产生了当代的水电厂计算机监控系统。本文对其计算机监控模式与结构功能进行了研究与分析。

关键词：计算机监控 模式 结构

1.计算机监控模式

随着计算机监控系统在水电站的推广应用，计算机在水电站监控系统中的作用也发生了变化，其监控方式有如下四种:

(1)以常规控制装置为主、计算机为辅的监控方式(computer-aided supervisory control,CASC)

早期水电站的直接控制功能由常规控制装置来完成，计算机只起监视、记录打印、经济运行计算、运行指导等作用。采用这种方式时，即使计算机发生故障，水电站的正常运行仍能维持，只是性能方面有所降低。但是这种方式对整个水电厂自动化水平的提高有一定的限制，新建水电厂目前己很少采用。

(2)计算机与常规控制装置双重监控方式(computer-conventiona Supervisory control,CCSC)

在水电厂设置两套完整的控制系统，一套是以常现控制装置构成的系统，一套是以计算机构成的系统，相互之间基本上是独立的。但设置两套完整的控制系统投资比较大，两套系统相互之间要切换二次接线复杂，可靠性反而有所降低。

(3)以计算机为基础的监控方式(computer-basedSupervisory Control, CBSC)

随着计算机系统的可靠性进一步提高和价格的进一步下降，出现了以计算机为基础的监控系统。采用此方式时常规控制部分可以大大简化，因此对计算机系统的可靠性要求就比较高，这可以采用冗余技术来解决，采用此种方式时，中控室仅设置计算机监控系统的值班员控制台，模拟屏已成为辅助监控手段可以简化甚至取消。

(4)取消常规设备的全计算机控制方式

随着计算机技术的进一步发展和水电厂计算机监控系统运行经验的累积，出现了以计算机为唯一监控设备的全计算机控制方式，这种控制方式实际上是CBSC方式的延伸。它取消了中控室常规的集中控制设备，也取消了自动操作盘，不考虑在机组控制单元发生故障时进行机旁的自动操作。此时对计算机系统的可靠性及冗余度提出了更高的要求。

2.计算机监控系统结构类型

水电站采用的计算机监控系统结构类型大体可分为集中式计算机监控系统和分布式计算机监控系统。

(1)集中式计算机监控系统的结构

在集中式计算机监控系统中，一台计算机承担整个水电站的全部监控任务，数据采集和处理均在全站计算机系统中进行。系统运行参数和状态的监视、运行方式的计算，机组的启停和负荷调整，事故报警，运行状态的显示和记录等任务，都由一台计算机执行。只要计算机出了故障，整个系统就会瘫痪，只能改为手动操作，控制性能大大降低，这种系统结构在大中型水电站已不采用，但用于以常规控制为主计算机监控为辅的水电站改造还是使用的。

(2)功能分散式监控系统

随着计算机价格的下降和水电厂对监控系统可靠性要求的提高，采用多台专用功能微机将全厂控制、调节、数据采集等各类要求通过负载分散、危险分散、功能分散、地域分散等而得以实现，就出现了多微机系统，这种结构可以克服集中式监控系统的弊病。

(3)以设备单元分布的分层分布式监控系统

分层分布式监控系统在地域上是分散的，即按控制对象进行分散。分层分布式监控系统一般分为二个层次:上面一层称为上位机，下面一层以发电机组为单元，将数据采集与控制集成到一台微机或PLC装置中，构成了现地控制单元(LCU)。由于各台机组的信息由各台机组控制单元进行处理，就不必敷设许多电缆将信息送到一处集中处理，可以节省相应的投资，整个系统的可靠性也得到显著的提高。

(4)基于开放系统的分布式监控系统

随着计算机技术，网络技术的发展，计算机应用软件越来越复杂，软件开发的投入也越来越大，为使这些巨大的软件资源能在不同的计算机平台上运行，形成了一系列的开放系统标准，例如TCP/IP, OPC等，基于开放系统的分布式计算机监控系统具有通用性和可移植性，监控系统软件可以安装在任何具有开放系统的计算机上。

(5)基于对象技术的分布式监控系统

基于面向对象技术的分布式监控系统，从系统设计、编程语言选择到用户界面等一系列过程，都依据面向对象的理念、原则和技术标准，都给用户使用和维护带来极大方便。

3.计算机监控系统主要功能

(1)数据的采集与处理

自动采集各现地控制单元的各类实时数据、来自调度级的数据、外接系统的数据信息、操作员手动登录的数据信息。通过现地控制单元(LCU)和现场智能控制单元对实时数据(全厂的开关量、模拟量、脉冲量、电气量、温度量等)进行采集、运算并以一定的格式存入实时数据库，供计算机系统实现画面显示及更新、控制调节、记录检索、操作指导、事故记录分析、制表打印及完成各种计算、控制等设计功能时使用。系统不仅将各类信息汇总到简报窗口，而且根据信息的不同类型进行分类，自动完成事件顺序记录、故障信息记录、开关量变位记录、越限报警记录、系统自诊断记录等，形成定期的历史存盘，以备查询。

(2)实时运行监视

操作员工作站作为运行人员和计算机系统的人机接口，完成实时的监视、控制调节和参数设置。监控系统实时监视电厂各类设备的运行状态和参数，根据采集的数据，系统通过更新显示器画面的数据实时显示机组的运行状态、设备的操作动态过程，当运行状态发生变更或参数超越设定限值等时，监控系统立即报警，并推出相应事故、故障显示画面，供运行人员分析参考。

(3)控制和调节

监控系统的控制权管理采取现地优先的原则。电厂的控制和调节功能主要有:单台机组的开、停机操作;机组的负荷调节;各类开关站和机组的断路器、机组隔离开关的合/分操作;公用设备、机组油、气、水等辅助设备工作状态切换启、停操作;机组有功功率、无功功率的调节、设置和修改各项给定值和限值等。监控系统根据预定的原则和运行人员输入(或自中调发来)的命令，发出开停机命令，进行各断路器、隔离开关分合闸操作，以及和机组运行有关的闸门操作。

(4)统计记录和制表打印

所有监控对象的操作、报警事件及实时参数报表等都予以记录，对事故、故障信号及重要的位置信号进行事件顺序记录，并能在监视器上显示，打印机上按预定表格打印出来(采用中文格式)。

(5)自动发电控制(AGC)

计算机监控系统可根据调度给定或本厂运行策略给定的总有功功率的设定值，按安全、可靠、经济的原则确定最佳运行的机组台数、机组的组合方式和机组间最佳有功功率分配，进行电厂机组处理的闭环调节，并自动开、停机组;或在显示器上显示供运行人员参考，确定每一台机组的启、停和有功设定值。

(6)自动电压控制(AVC)

根据给定的高压母线的电压控制曲线，监视高压母线的电压变化，合理分配机组间的无功功率，确定机组无功功率设定值，自动调节机组的无功功率，使母线电压维持在给定的控制范围内;或在显示器上显示上述数据供运行人员操作参考。

(7)系统授权

可根据不同用户如系统管理员、运行操作员、一般监视人员进行授权管理，有利于追踪分析操作的责任人，防止未经授权的人员进行非法操作，提高系统的安全性。

(8)系统自诊断

系统设备硬件故障诊断包括对计算机、外围设备、通讯接口、通道等的运行情况进行在线和离线诊断，故障点能诊断到各模板;软件故障诊断能以计算机系统的软件进行在线诊断，诊断出故障软件功能块并应发出报警信息。◆

参考文献：

[1]皮海龙.富地营子水电站监控系统升级改造[J] .黑龙江电力.2007.29(5): 366.

[2]唐锋，李延频，谭婷.小型水电站低压机组计算机监控系统的选择[J].计算机应用.2007.7

作者单位：湖南湘慈爱依斯水电有限公司