（重庆新世杰电气股份有限公司重庆400041）
摘要：提出了一种全新的按水位发电控制原理。该控制原理只需要通过实时采集的水位数据，无需判别进水流量就能维持在高水位情况下的经济运行；该原理可集成在原有机组控制装置中，应用在多台机组的联合控制上无需额外增加设备，不会额外增加成本及故障环节；该原理增加了对定子电流、转子电流、机端电压、定子温度等电气参数的判别，调节误差过大及调节失灵的判别，实现了调节中的安全监视及异常情况处理，能保证发电机的安全运行。该原理已在全国多个小水电站进行了应用，电站按水位自动发电运行情况良好，根据水位变化响应速度快，调节稳定，能一直保持高水位运行，值班人员数量大幅的缩减或取消，使水电站实现了经济运行，达到了无人值班的目的。
关键词：小水电站；按水位发电；高水位；经济运行
0引言
根据国家对小水电站经济运行、安全运行的要求，解决好小水电站人员安全的问题。同时，为解决原有按水位发电技术原理只通过粗略位置信号判别，调节后达不到经济运行的要求，或者为达到精细控制增加流量计等设备，导致成本大幅增加的问题；为解决原技术原理为实现多台机组的联合调节，需额外增加控制系统或装置，导致设备成本上升及故障环节增加的问题；为解决原技术原理未能考虑负荷调节中的安全监视及异常情况处理，存在对发电机造成损害，可能减短发电机寿命甚至损坏的问题，提出了一种全新的按水位发电控制原理。
本文从单台、多台机组的按水位开、停机，按水位调节有功功率，调节过程中的安全监视及故障处理对该原理进行了详细说明。实际运用结果良好，保证了恒高水位运行，为充分利用水力资源，提升经济性能起到了很好的作用。
1控制原理
1.1按水位调节负荷
（1）进入按水位发电初始有功负荷的确定：发电机按水位开机并网或运行于其他负荷调节方式转为按水位调节负荷方式，进入时的初始有功功率，按当前的水位确定，其计算公式为：
kpw为水库的功率系数，与水库的水头和面积有关。
计算出有功偏差ΔP1后，再根据式（1-3）及（1-4）计算出调有功的脉冲宽度tTP，由增开度出口将机组有功调到P2=P1+ΔP1。
（3）机组运行于有功P1后，如水位下降，则立即启动计时，如当前水位高于h1+0.9Δh，则当前水位下降量达到0.1Δh或水位降到h1+0.9Δh时，即根据式（1-5）计算ΔP1并按ΔP1计算调功脉冲宽度减有功，如当前水位低于h1+0.9Δh且水位下降时，当水位下降量达0.1Δh时，计算出ΔP1并按2ΔP1减有功，使水位转为上升，当上升到水位为h1+0.9Δh时，开始计时，再按2）项的方法进行有功调节脉冲宽度计算并调节有功。
（4）在进行2）项或3）项的有功调节后，水位将运行于h1+0.9Δh以上，则随时监视水位变化，当水位上升到h2或降到h1+0.9Δh时，计算一次有功调节脉冲宽度并进行有功调节，将水位维持在（h1+0.9Δh）～h2之间。
（5）经过前4项调节后，机组用水量和来水量相差很小，当水位升到h2或降到h1+0.9Δh时计算一次ΔP，这时ΔP可能小于有功调节死区Psq，则按有功偏差ΔP为Psq计算调节脉冲宽度并进行有功调节。
1.2单台机组按水位开、停机
（1）如电站只有一台机组，如设置按水位开、停机并调节负荷，则当水位达到上限水位h2时，如机组状态满足开机条件，则立即自动开机并网，并网后的初始功率为发电机额定功率PN。
（2）机组在有功PN下运行，如水位下降，则待下降到上限水位h2时开始计时，当降到h1+0.9Δh时，计算水位下降率dh/dt并由式（1-5）计算出有功偏差ΔP1再计算减有功脉冲宽度tTP，然后进行第一次调节，将有功调到P1，再按上述1.1之2）、3）、4）、5）项进行调节量计算，维持水位在（h1+0.9Δh）～h2之间。
（3）如机组启动后在PN下运行，水位上涨，这时随水位上涨，则增大机组有功功率，使机组在允许最大有功Psx下运行。
1.3多台机组按水位开机及调有功
实现多台机按水位开机并调负荷，必须有硬件和软件设置两方面的配合才能实现。
（1）硬件配置：硬件配置方面，装置应有一个开关量输入和一个开关量输出进行机组间的调节闭锁，以保证运行中只有一台机组按水位变化进行有功调节。将机组的开停进行排序并将后启动的机组的一个开关量输出接到先启动的机组的开关量输入，先启动的机组接收到这个开关量后，当水位降到h1+0.9Δh以下时不再减有功，将有功维持在0.9PN。
（2）软件设置：根据硬件设置的开机顺序，先开机机组的上限水位低于后开机机组的上限水位，下限水位也低于后开机机组的下限水位。
（3）开1#号机：如设置的开机顺序按1#、2#、3#的顺序，当水位由低到高上升时，由于1#机开机水位较低，先满足1#机的上限水位h21，则1#机自动启动并按额定功率PN1运行。如果水量只够一台机组用水，这时水位将下降。按1.1所述的方法调节有功，使水位维持在h11+（0.9～1.0）Δh1之间。
（4）开2#机：如1#机开机并网后运行于PN1下，水位上升，则1#机组随水位上涨将有功增大到最大有功功率Psx1。如水位仍上涨，则当水位上升到2#机的上限水位h22时，则开2#机，2#机并网后，输出闭锁开关量，闭锁1#机减有功。1#机收到这个开关量后，在水位高于h11+0.9Δh11时，按水位计算有功，当水位低于0.9Δh11时，按0.9PN发有功，水位再降低时，1#机不减有功，由2#机减有功进行水位调节。
（5）开3#机：如1#、2#机均输出最大有功Psx后水位仍上升，达到3#机的上限水位h23时，则开3#机并输出闭锁开关量闭锁2#机的有功调节，以后的有功调节由3#机完成。
1.4按水位发电的停机
当机组开启后，如果因来水量减少，则未收到减功闭锁信号的机组（3#机），将有功随水位的降低速率增大而减小，当有功减小到0.15PN3时，如水位仍下降，当水位降到h13+0.8Δh3时，则将其停下。最后开机的机组解列后即将闭锁开关量撤销，前一台机组（如2#机组）将进行有功调节，如水位仍下降，则仍按下降率计算减有功，如此机组将有功减到0.15PN2后水位仍下降，则水位降到h12+0.8Δh2时，再停前一台机组。如此进行，直到最先开的机组只带0.15PN的负荷，水位仍下降，当水位下降到h11+0.8Δh1时，将第一台机组停下。
1.5按水位发电流程
按水位发电控制流程图如图1-1所示。
图1-1按水位发电自动控制流程图
2负荷调节中的安全监视
在机组运行中，应随时监视发电机的运行参数（包括定子电流、转子电流、机端电压、定子温度），任一参数达到极限值，应报警，不再向超极限值方向调发电机参数。
3负荷调节中的异常情况处理
（1）调节误差过大
发生调节误差过大，即每次调节后被调参数的变化量与计算出的调节量误差超过30%时，应先报警，提示运行人员查找原因，同时应进行多次调节，以纠正有功负荷误差。
（2）调节失灵
如每次调节造成的被调参数不变或变化小于预定变化量的50%或大于预定变化量的150%，则为调节失灵或失控。此时提示运行人员查找并排除故障并停止有功调节。
4结论
本控制原理已经在全国多个电站进行了应用，应用过程中均是根据自身的实际运行情况进行的不同方式的使用。如福州某电站采用了3台机组联合按水位控制的方式，发电量得到了提升，厂房内撤出了值班人员，全站只留有1人值守；如四川某电站有两台机组，采用了一台机组按给定负荷值发电方式，另一台机组按水位控制的方式，将原有值班人员每班3人改为1人，现也不用担心对前池进行除渣操作过程中的发电问题，同时也解决了该电站夜间值班人员为了自已能休息，而将发电负荷压低导致前池溢水的情况，保证了在任何时候机组均处于恒高水位发电的运行工况。因此，该控制原理的应用给水电厂在减人增效方面带来了实实在在的好处。