一、水电厂自动控制系统概况水电厂自动控制系统采用全分布开方式系统结构，以适应其水电厂生产设备分散布置的特点，整个监控系统分为两级即主控级（上位机系统）和现地控制单元级（LCU）。

主控级设有操作员工作站（冗余）、工程师站（兼仿真培训）、通信处理计算机、厂长终端等设备。

现地控制单元级包括水轮发电机组、开关站、公用设备、主变、闸门等设备的控制装置。

监控系统的功能可在监控室内全部实现，现地各LCU在主控层和网络全部失效情况下也应能独立运行操作。

现地各LCU采用冗余设计。

网络接口和通信协议符合IEEE802.4Etheret标准，设计为总线式双网，以利于功能扩展和网络间的互联。

网络介质采用光纤缆。

技术要求：传输速率100Mbps，通信距离2000m，最大网络节点1024个。

二、水电厂主要调节系统水电厂主要调节系统有：有功功率调节系统、无功功率调节系统、机组压油装置自动化系统、机组冷却水系统、主变冷却装置自动控制系统、机组压油装置综合自动化系统等。

（一）有功功率调节系统有功功率调节系统包括有功功率给定和有功功率调节两部份组成。

有功功率给定方式有：调度所给定，负荷曲线给定，或通过键盘在显示器上实时设定等方式。

调度所给定电厂有功功率有二种方式，即调度所给定全厂总功率，然后由电厂监控系统分配到机组；或调度所直接给定机组功率。

华东总调采用的是给定全厂总功率方式，以便电厂根据机组的具体情况（如避开机组运行的振动区，功率上下限等）更合理地在机组间分配负荷，且容易采取适当的措施提高有功功率的调节精度。

例如，当某台机组因故不能及时响应系统的给定功率变化时，则可在调节系统程序中增加积分环节，适当选择积分速率，即可自动调整功率给定值，将功率差值转移到调节性能正常的机组上，从而满足了系统功率调节的要求，提高了系统功率调节品质。

浙江省调采用的是由省调直接给定机组功率方式，乌溪江水电厂和紧水滩水电厂参加AGC的机组有功功率直接由浙江省省调度所控制，但开停机操作是由电厂负责执行的。

当现地控制单元级（LCU）即机组控制器接收到机组功率设定值后，由于新型的微机调速器调节品质较好，以PID调节方式调节机组有功率即可达到较为满意的效果。

当丰水季节水位较高时，为了防止弃水可采用负荷曲线给定运行方式，或通过键盘在显示器上实时设定等方式给定机组功率。

注：新安江水电厂的水轮发电机组经华东电力试验研究院改进后，机组的振动区已不复存在，因此可在任何功率下长期运行。

再也不用为了避开在振动区行运而较大幅度地在机组间进行负荷转移，从而使水电站的经济运行更为合理。

改进措施是：通过机组大轴中心孔进行自然补气，破坏尾水管涡流带和尾水管的真空，从而消除了机组的振动区。

附1：水轮机调速器简介近十年来，我国水轮机电液调速器得到了很大的发展，出现了多种类形的产品。

从它的核心环节来说，电气部份有嵌入工业级微机（PC）和可编程序控制器（PLC）两大类。

现代调速器的系统结构可分为调节器和电液随动系统两大部份。

1. 调节器的系统结构模式（1）PLC模式PLC调节器一般都是单系统结构。

并且，PLC一般不会采用高档的产品，因此解决不了频率测量的精度和实时性问题。

而是采用另加一个单片机完成测频任务。

PLC调节器的系经结构如下图所示所示。

（2）PC模式PC模式是指单系统模式的PC调节器，其系统如下图所示。

（3）双PC模式双PC模式是指调节器采用两套PC而输出功放为一套，其系统如下图所示。

图6-3 双PC调节器框图（4）带通信双PC模式在双PC模式的基有础上，使PC1与PC2之间实现数据通信，实现了两套PC之间的自动跟踪，即所谓带通信双PC模式。

其系统如下图所示。

（5）双PCS模式在双PC模式上再增加一套输出功放，则其输入至输出是完全独立的两套系统，称之为双PCS模式。

其系统结构模式的简化图如下图所示。

（6）带通信双PCS模式在双PCS模式的基础上，实现两系统之间数据通信双系统之间实现自动跟踪，即所谓带通信双PCS模式。

其系统结构模式的简化图如下图所示。

（1）带通信双PCS容错模式全数字式的带通信双PCS容错式调节器，其特点是：输入端采用交流采样测频技术，反馈采用数字技术；而且在硬件和软件上采用容错控制技术和变结构技术。

2. 液压装置的系统结构模式（1）电-机式液压随动装置BDY-S型和STARS型两种转换装置由步进电动机、液压缸和机械杆件组成；LAND型转换装置由稍大容量步进电动机及丝杆组成；“长控”转换装置由力矩电动机和丝杆组成。

这些转换装置的共同特征是：输入是电位号，输出是机械位移信号，无“复中”特性，是积分环节。

它可以代替老式调速器中的电液转换器和中间增力器，合二为一的装置。

由电－机转换装置为核心的液压系统必然是二级随动系统，其系统结构模式如下图所示。

它的第二级是机械－液压随动系统。

（2）电-液式随动装置国内开发的的HDY环喷式和DYS双锥阀式两种电液转换器，其抗油污能力相对于传统老式调速器有所改善，但其频率响应性能尚不能令人满意。

与电－机式转换装置相比，电-液式随动装置有它不可取代的优点，因而新型电液转换器件仍是开发新型液压系统的主要方向。

以电－液转换装置为核心的液压系统，目前都设计成一级随动系统，其系统结构如下图所示。

国内于1994年首次开发了容错电液一级式随动系统，其系统结构模式如下图。

附2：步进式水轮机调速器步进式水轮机调速器是由步进式电－位移伺服系统，带动液压随动系统，实现了对水轮机的控制。

由可编程序控器和步进电机组成的步进式电－位移伺服系统，取消了传统的电－液随动系统，特别是取消了电液转换器，因此消除了由于电液转换器引起的一系列问题。

1．主要特点（1）电气回路中完全取消了电位器和继电器，大大减少了接触不良等不安全因素。

电柜内无功率放大器等模拟电路，避免了模拟电路存在的漂移，抗干扰性能差等问题。

（2）独特的变速控制方式，具有自动检测步进电机失步等故障诊断处理功能。

保证了整个系统的安全性和可靠性。

（3）具有频率跟踪、开度跟踪和功率跟踪的功能，保证了调速器手动／自动无扰动切换，以及运行模式无扰动切换。

（4）自动按工况改变运行参数，调节平稳，速动性好。

（5）采用梯型图编程，使程序易懂易读，修改方便，用户容易掌握。

（6）采用单片机测频，线性好，精度高，速度快。

（7）当电源消失时，调速器自动进入手动运行方式，在手动操作前维持原有的导叶开度不变。

（8）手／自动运行方式切换平稳，无论是从手动运行方式进入自动运行方式还是从自动运行方式进入手动运行方式，都可随意切换，而不必考虑开度限制是否处于限制状态。

（所有的切换工作都是在电路内实现的，不会引起任何油压波动和机械转换）。

（9）取消了电液转换器、手／自动切换（电磁配压）阀、增／减（电磁配压）阀等以及这些部件相应的油管道。

除了引导阀、主配压阀和紧急停机电磁配压阀外，其它部件不用液压油。

（10）简化了开度限制机构、简化了杠杆、滤油器及柜内的结构。

（11）不需要高精度的油源，因此降低了对滤油器的要求（仅提供引导阀和紧急停机电磁阀的用油）；又由于采用了用刮片式滤油器，取消了滤油器切换阀，也完全省去了滤油器的日常清洗更换工作。

由于步进式电－位移伺服系统采用了闭环控制，完全消除了丢步现象；又由于采用了步进电机的变速控制方式，完全解决了步进电机控制时速度与失步的问题。

位移转换装置还设有纯手动机械式超行程保护功能，防止传感器断线等意外故障时，丝杆卡死过载，损坏步进电机。

整个系统结构简单、功能完善、操作方便，性能好，可靠性高，维护和检修工作量极小。

（12）采用交/直流双电源或UPS供电方式，保证电源系统的可靠性。

2. 主要功能（1）导叶、轮叶调节。

（2）手动／自动开停机及紧急停机。

自动开机时按水头给定起动开度、空载开度。

（3）设频率调节、功率调节、开度调节三种运行模式。

（4）设频率跟踪、频率人工死区。

（5）导叶、轮叶手动／自动无扰动切换和调速器行运方式无扰动切换。

（6）水头手动／自动方式选择；可通过键盘改变导叶给定开度、限制开度、频率给定、功率给定值。

（7）远方／现场、手动／自动负荷调整。

（8）电源消失时维持原有导叶和轮叶开度不变。

（9）机频、网频故障诊断及处理；A／D、D／A故障诊断及处理；反馈系统故障诊断及处理；步进电机故障诊断及处理；电源监视及处理。

（10）开度、频率、功率实际值及给定值显示；电气开度限制值显示；水头给定及轮叶实际值显示。

（11）水头、开度显示自动复归。

各类故障及电源消失报警出口。

3 主要技术数据（1）主要技术指标转速死区ix≤0.05％静态特性曲线非线性度ε≤5％随动系统不准确度is≤1.5％自动空载转速摆动相对值≤0.15％甩25％负荷接力器不动时间≤0.2S（2）主要调节参数范围比例增益Kp＝0.5～20积分增益Ki＝0.05～10 （1／S）微分增益Kd＝0～5S永态转速系数Bp＝0～10％频率人工死区ΔF＝±（0～0.5）Hz频率给定F0＝45～55Hz附3：国外引进的水轮机调速器简介1 二滩水电站双微机调速系统二滩水电站位于雅砻江下游四川省攀株花境内，电厂装有6台单机容量为550MW的机组，总装机容量为3300MW，多年平均发电量为170亿kw.h，是我国20世纪末建成投产的最大的水电站。

二滩水电站6台机组调速器电柜和机柜均由瑞士HYDRO VEVEY公司制造，金属构件部份（如集油槽、接力器等）由加拿大GE公司制造；双微机调速器的软件和硬件均是瑞士HYDRO VEVY公司的产品，经该公司系统设置、软件开发后，成为欧式标准产品。

调速器电气控制柜安装在发电机层单元控制室中。

机械控制柜、压油装置布置在水轮机层。

调速器系统结构为双徽机系统，由双微机、双总线、双输入／双输出通道组成。

实际上是两套微机调节器，内容完全相同而结构完全独立但互为备用的冗余系统。

二滩水电站微机调速器具有多种功能和行运方式。

主要采用的有开度控制、功率控制、开度限制控制、频率跟踪控制、频率控制等，各控制方式均设置了单独的控制软件，能独立地完成对机组的调节控制，且彼此既相互独立，又相互联系。

（1）开度控制开度控制主要用于机组启动、停止和并网后带固定负荷。

机组并网后，调速器可在开度或功率反馈方式下，通过现地或远方调整负荷，也可以通过AGC的方式，根据预定的负荷曲线自动进行调整。

（2）转速控制转速控制包括空载转速控制、并网转速控制和孤网转速控制三种方式。

1）空载转速控制只有在发电机出口断路器断开时有效，它主要作用于机组的启动并维持机组的转速在额定的转速范围内运行。

2）并网转速控制只有在发电机并网时有效，以消除系统中的频率异常（因为二滩水电厂机组容量大，并网时对系统影响也大）。

3）孤网转速控制为了承担地方孤立负荷和应急时系统负荷大波动而设置的控制方式，其运行条件是出口断路器合上且频率超过预定的偏差时（49.5Hz～50.5Hz），自动投入，参与系统调频。