《小水电站运行智能化调节方案》
本文是小水电和水电站论文范文资料和电站有关硕士学位论文范文.
摘 要：虽然目前众多小水电站实现了运行生产自动化、信息化,但电站运行调节工作还基本在沿袭人工操作模式,人工调节的弊端使运行调节已成为水电站生产流程的效率“瓶颈”环节.
本文提出了一套小水电站实现智能化运行调节的方案,按该方案设计的智能化运行调节系统,可从实际运行生产中不断获取最优经验,协同现有运行监控系统,指令各设备及时、精确地进行运行调节.
该方案能最大程度地与不同电站的实际情况相结合,成本低,可操作性强,适合小水电站自行实施.
本文为小水电站自行开发运行智能化调节系统提供了一套方法,对生产类企业的智能系统设计也提供了思路.
关键词：小水电站;运行调节;智能化
一 实现水电站运行智能化调节的必要性
随着信息技术和自动化手段广泛应用于电力生产,众多小水电站已实现了运行生产自动化、信息化.但运行调节工作——作为小水电站生产中最基本、最重要的一环,目前还基本在沿袭人工操作模式,最多也只是利用中控计算机用户端或远程监控的形式进行人工调节操作.
人工调节极大地依赖于操作人员的工作经验和责任心,常常有调节时机、调节方式、调节程度不当的现象,这势必导致发电生产效率的下降.运行调节已成为水电站生产流程的效率“瓶颈”环节.
水电站运行智能化调节,可以在河道来水量变化或其他生产条件发生变化时,及时决策出效率最优的目标工况模式,将决策数据传达至运行生产监控系统以执行调节操作.智能调节系统可使水电站避免现有运行模式的弊端,从而持续处于最优工作状态,实现生产效率相对最大化,同时也可以极大地降低运行生产成本.
二 小水电站运行智能化调节方案介绍
本方案旨在建立一套适合小水电站的运行智能化调节系统,该系统按照功能包括三大部分：经验模块、决策模块、执行模块.
(一) 工作原理介绍
1. 经验模块：
水电站运行过程中,当河道来水流量变化时,在保持正常运行水位情况下,为了保证总发电有功功率相对最高,电站都需要进行必要的调节,如：调节运行机组的导叶开度;根据各机组高效区的不同选择投运机组;调整投运机组的数量;调整励磁电压;调整拦河闸提升高度等,最终达到该水量情况下的最优工作状态. [1]
智能调节系统的经验模块与电站现有的运行自动化监控系统相连,可连续、实时地接收运行监控系统中所采集的各项数据,不断记录下各流量情况下的发电功率、设备状态、运行参数数据等信息,成组自动录入“运行数据库”.在某一流量情况下,经验模块以总发电功率的多少为主要依据,在运行数据库中比较,选择出该流量情况下发电总功率最高的一组,作为该流量情况下的“最优运行模式数据组”,所有流量情况下的最优运行模式数据组组成“最优运行模式数据库”.该数据库既是一套高效的运行“经验”,也是运行调节的理想目标,智能运行调节系统将对照这些经验给出调节决策.也正因为这个原因,我们把智能调节系统的这个模块称为“经验模块”.
经验模块按照该方式持续工作,最优运行模式数据会不断得到自动更新,时间越长则高效经验数据越趋于理想.
必须提出的是,安全是电站运行生产的前提,经验模块在录入最优运行模式数据前,需要核对有关运行参数是否符合要求,如运行水位、机组轴承温度、上网功率因数等.如果某一项超出设定范围,即使发电功率再高,该组数据都不得作为最优运行模式数据,程序设计时需要加入该项限制措施.
2. 决策模块：
决策模块实时获取河道来水流量数据信息,并根据流量情况,在经验模块的最优运行模式数据库中寻找出该流量所对应的最优运行模式数据组,作为“运行调节决策”传输至智能调节系统的执行模块.
作为决策环节,在按上述程序进行模式数据选择和传输前,决策模块还需要核实当前运行水位等重要因素,我们可以在决策模块的程序设计时引入如下思路：
针对实际运行水位,根据事先设定好的理想水位和正常水位范围进行核对,当实际水位高于理想水位时,决策模块先选取高一级流量的最优运行模式数据组;水位低于理想水位时则先选取低一级流量的最优运行模式数据组;如果实际水位与理想水位偏差较大甚至超越了正常水位范围,则先跳跃多个流量级别来选择最优运行模式数据组;待水位恢复到理想水位数值时再采用同级流量的最优运行模式数据组.
3. 执行模块
目前众多小水电站通过技改,已搭建了自动化、信息化运行生产监控系统,这为我们智能化调节决策的执行创造了条件[2].执行模块通过接口（包括硬件和软件的连接）与电站现有的运行生產监控系统对接,当决策模块作出当前流量对应的运行调节决策后,执行模块立即将决策中的数据组传达到运行生产监控系统中,通过生产监控系统的程序向各设备发出指令,各设备以调节决策中各项数据为标准,及时、精确地执行对应的调节操作.这样,在河道流量变化时,整个生产系统的工况可以瞬间达到最优,发电生产效率可以一直维持在相对最高水平.
这个环节需要与运行监控系统的自动化厂家合作,达到两项要求：一是要做好现有运行监控系统与我们智能调节系统的对接,包括软件和硬件的连接、智能运行调节决策数据的接收和识别等;二是要对运行生产监控系统进行程序设置,在接收到一组智能调节决策后,要将该组决策的各项数据转换为对应设备能识别的调节操作指令信息,给每个设备发出的每一条调节操作指令要包括：是否调节;如何调节;调节多少.要确保所形成指令的准确性,确保指令传输和各设备接收指令的可靠性,各设备自动执行指令的及时性、准确性和可靠性.
(二)运行智能化调节系统的结构
1.硬件：
（1）服务器
运行智能化调节系统可以用一台高效、稳定的电脑作为核心服务器,三个模块都可以布局在该电脑中.
（2）数据输入接口和线缆
用于经验模块接收来自运行监控系统的各类运行相关数据,包括河道来水流量、发电功率、功率因数、运行水位、各机组状态（包括是否投运、导叶开度、励磁电压、轴承温度等）、拦河闸提升高度等.
3.数据输出接口及线缆
包含于智能系统的执行模块中,用于将来自决策模块的最优运行模式数据组（即运行调节决策）输送到运行生产监控系统.
2. 软件：
1.操作系统及数据库软件
因智能系统涉及与电站现有的运行生产监控系统进行数据传输、识别,所以操作系统以及经验模块中数据库软件的选用建议与运行监控系统一致.
2.模块程序
三个模块各具不同功能,涉及对数据进行自动对比、录入、选择、传输等[3],这些操作都需要程序才能实现.所需设计的程序并不复杂,掌握程序语言基础知识即可完成,但最好委托电站现有运行监控系统的自动化厂家制作（至少执行模块的程序应采取这种方式制作）,因为运行智能调节系统和运行监控系统后续是协同工作的,应从软件和程序方面最大程度确保整个体系的协调和兼容.
3.对现有运行监控系统程序的设置
现有运行监控系统需要与智能调节系统对接并进行数据接收、识别、转换,形成并发出有效调节指令,控制各设备按最优调节决策目标执行操作.要实现这些功能,需要对运行监控系统进行相关程序设置,因授权级别限制,需要其自动化厂家的技术人员进行该项操作.
4.用户界面
为便于设置和操作,运行智能调节系统的用户界面应集成到电站现有的运行监控系统画面中.其界面设计应至少允许进行如下几项操作：
一是可以快速切换“智能调节模式”和“人工调节模式”;二是可设置运行水位等有关参数的基准值和限制范围;三是可手动将某个运行状态的数据组实时存入经验模块中的运行数据库,且可以删除运行数据库中的某组数据;四是应可设置每两组调节操作之间的最短时间间隔.
用户界面应引入加密程序,分级设置用户操作权限.
(三)关于本方案的其他说明
1、 初期应通过“经验赋予”工作,为智能系统提供较高的经验起点
在智能调节系统投入使用初期,为了让经验模块尽快拥有较高效的运行调节“经验”,需要电站组织专项的“智能系统经验赋予工作”,在该阶段内,由具有丰富经验且责任心强的运行人员执行调节,以便让经验模块在最短时间内获得较理想的“最优运行模式数据组”,为智能系统赋予较高的经验起始点.
2、系统设计应便于在“智能调节”和“人工调节”两种模式之间切换
操作者在用户界面上应可以随时进行两种模式的手动切换.
在设备发生故障时或智能系统工作发生异常时,系统应能立即自动切换为人工调节模式工作.该项功能可在执行模块的程序中加入.
人工调节模式时,可以让智能调节系统的经验模块继续工作,不放过任何汲取新“经验”的机会.
3、 应经常进行“经验提升”工作,竭力为智能系统创造更优经验
根据该智能系统工作原理,我们应经常选择时机切换为“人工调节”模式,人为创造最优运行工况,如果效果超越了经验模块数据库中已有的最优模式,则智能系统可以立刻“掌握”更高级的运行调节经验,经验模块中的数据又得以进一步优化.
4. 每两组调节之间要有合理的时间间隔
我们把每一次从决策模块发出调节决策至设备完成调节操作的整个过程称为“一组调节”.每组调节中的每一项设备操作都需要用一定时间才能完成,有些操作时间短,比如调节导叶开度或增减励磁电压等;而有些操作耗时较长,比如让某台发电机组开机投运.我们不能在前一组调节操作尚未完成的情况下就发出下一組调节决策,而且,应该在上一组调节操作完成后,要等待一定时间使其调节效果相对稳定后再进行下一组决策和操作,每两组调节之间要有合理的时间间隔.
该时间间隔等于①上一组调节中所有操作完成需要的时间+②预先设置的两组操作之间最短间隔时间.
其中,由于每组调节操作的内容不一样,所以时间①不会相同,可以在每组调节操作全部完成后,由运行监控系统向智能系统的决策模块发出反馈信息.该功能需要在运行监控系统的程序中设置.
加入时间②是为了确保在每一次调节操作的效果得以相对稳定后再进行下一组决策和操作,其时间值在用户界面中可以根据需要设置.
在决策模块的程序设计中需要加入上述限制.
三 本方案的可行性
本套小水电站运行智能化调节方案,以实现发电效率最大化为目标,其设计理念是：“从实践中持续学习、积累、总结经验,不断更新和优化经验,以最优经验指导工作”.该智能系统的运用,可以有效地形成“经验不断优化、发电生产效益不断提高”的良性循环局面.
本方案以小水电现有设备为基础,无需对设备进行增加或改造,对所需要的硬件、软件要求都很低,各小水电站协同自动化厂家即可完成智能化调节系统的搭建工作,工作量小,成本低.智能调节系统的操作简便,容易掌握,后续维护方便,具有较强的可行性.
结语：本文根据小水电站信息自动化现状,以避免人工调节操端为出发点,前瞻小水电智能化发展趋势,提出了一套小水电站运行智能化调节系统的自行设计思路和方案.按照该方案,智能系统可从实际运行中获得最优调节经验且不断更新,并以最优经验反过来智能指引实际运行工作,势必极大地提高电站发电生产效率.
参考文献：
[1]代长中.浅谈水电站智能化改造[J].机电信息,2012（33）：73-74.
[2]黄维.计算机监控系统在中小型水电的应用[J].水利科技,2014（19）：192.
[3]薛虎军.水电站电气一次设备智能化技术[J].消费导刊,2020（10）：205.
作者简介：
陈晓斌,1974年2月,男,重庆人,硕士,水电站智能化方向.
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小水电和水电站引用文献:
[1] 电站论文范文资料 小水电和水电站类论文范例2万字
[2] 途径本科论文怎么写 小水电有关论文范文检索3000字
[3] 电站毕业论文题目范文 关于小水电和绿色生态方面大学毕业论文范文2万字
