第二节 水电站计算机监控的方式

计算机对水电站的监控是通过外围设备来实现的。目前许多水电站计算机还只是用于数据处理和开环控制，但也有一部分用于闭环控制。

实现水电站的机组及其辅助设备自动化的水电站计算机控制方式有多种，下面具体介绍数据采集与处理、运行指导、监督控制三种方式。

一、数据采集与处理

数据采集与处理是计算机监控系统的基本功能，也是计算机在水电站的最简单的应用。数据采集与处理包括了传统的参数测量、运行监视和越限报警，还可分辨事件发生的先后顺序，对运行情况进行记录和制表。同时，还可根据提取的事故发生前的运行数据，指出机组运行的发展趋势。此外，通过数据采集建立起来的数据库还可以进行自动操作和作为控制的依据。

数据采集与处理示意图，如图1-2所示。

电能生产过程中需要收集的运行参数，首先通过外围设备变换成数字量存入内存。然后，计算机将这些数据转换成用相应运行参数的工程单位表示的数值，并将这些计算结果通过外部设备输出到外部存储器或通过打印机打印出来。另外，计算机还可以进行其他的一些数据处理。

数据采集与处理方式一般用于记录生产过程的历史资料，研究各种不同情况下的生产过程，还可以用于建立或改善反应生产过程的数学模型。

二、运行指导

运行指导属于开环控制方式。其计算机的输出不直接作用于被控制对象的控制元件（或执行机构）上，而仅仅是输出一些数据。然后，由运行人员参考这些数据，完成相应的操作或控制。在这种方式中进行操作或控制的是人而不是计算机。

运行指导控制方式示意图，如图1-3所示。

采用这种控制方式时，反映生产过程的有关参数每隔一定时间就由外围设备送入计算机。计算机按一定要求计算出各种控制量最合适或最佳数值，并在屏幕显示器上显示出来或由打印机打印出来。然后，由运行人员按照计算机输出的要求，操作执行机构或改变有关控制（调节）装置的给定值，以达到控制被控制对象的目的。

例如，当水电站的负荷发生变化时，计算机通过计算可给出在此工况下运行机组间的最佳负荷经济分配。然后，由运行人员去完成有关的操作，以实现水电站的经济运行。由此可见，这种控制方式的计算机控制系统只起一种运行指导的作用。实际上，越限或事故报警也是运行指导的一部分工作。用于运行指导控制方式的计算机，同时要完成数据采集与处理等功能。显然，在这种控制方式中，水电站的各种常规自动装置仍然是不可缺少的。

运行指导控制方式的优点是比较灵活和保险。计算机给出的运行指导，运行人员认为合适则采纳，不合适的可以不采纳。因此，这种控制方式一般用于设置计算机监控的初期阶段，或用来调试新的控制程序和试验新的数学模型。对于一些已建成的老水电站，也可以用这种控制方式实现经济运行。

三、监督控制

计算机的监督控制方式是通过输入通道对被控对象的有关参数进行采集之后，根据运行过程的数学模型由计算机计算出控制的最佳给定值，并通过输出通道直接改变前一状态的控制给定值。控制是否合理，取决于过程的数学模型和算法是否合理。生产过程的数学模型往往是很复杂的，但要实现闭环控制，必须解决过程的数学模型和算法问题。目前，国内已有了微机调速器、微机励磁器、微机同期装置等产品。监督控制示意图如图1-4所示。

监督控制方式是水电站计算机监控的主要方式，会给水电站经济运行、安全运行以及提高供电质量带来最佳的效果。但这种控制方式对控制系统的可靠性的要求也很高。因为当计算机控制系统发生故障时，水电站的正常运行就无法维持。因此，当采用这种控制方式时，一般应配置双机系统。双机同时投入运行，但其中一台机作为工作机，直接进行在线监控；另一台作为热备用机，除了控制输出通道是悬空的，其余的设备一样投入工作。双机监控系统示意图如图1-5所示。

以上三种控制方式，又可以区分为集中控制和分布控制两种类型。

集中控制方式是指整个水电站采用一台或几台计算机进行控制，是早期采用比较多的控制方式。这种控制方式用一台或几台计算机实现整个水电站的各项自动化功能，如完成检测、记忆数据、报警、打印制表、经济调度等控制任务。对于一些已运行的老水电站，可采用这种控制方式实现运行状态监视、经济运行以及管理各种自动装置等。上述运行指导的控制方式和监督控制的控制方式，都可以是采用一台计算机的集中控制类型。

分布控制类型具有工作可靠、功能强、便于实现标准化等优点，它是将整个水电站的控制功能分成两级，即全站管理级和单元控制级。全站管理级主要负责处理全站性的自动化功能，如经济运行、发电控制、安全控制、自动电压控制、检测、报警、制表等，一般采用工业控制计算机或微型计算机。基层的控制任务则由单元控制级完成，它通常按被控制对象（如机组、开关站、辅助设备等）设置，一般采用微型计算机。单元控制级是构成整个控制系统的基础。由于它具有一定的处理能力，能分担全站管理级的处理任务，故可以减少控制系统的信息流通量，降低对全站管理计算机在规模、速度和可靠性方面的要求。单元控制级接受全站管理级的命令实行对被控制对象的控制，而全站管理级则对整个水电站的生产过程进行调度管理和监控。