一、课程性质与作用
《农村水电站计算机监控技术》课程是浙江省重点特色建设专业“发电厂及电力系统” 培养“水电站计算机监控”就业岗位的核心课程，是“电气自动化技术”专业的限选课，也是面向全校开设的一门特色选修课；同时，是“水电站电气值班员”、“中级维修电工”、“电工上岗证”考证的对应课程，是一门培养服务“三农”人才的技术课程。本课程前续课为计算机应用基础、PLC原理与应用等，后续是顶岗实习和毕业设计等环...
课程负责人
张仁贡：出生于1975年5月，浙江省文成县人，获华北水利水电学院硕士学位，浙江工业大学博士研究生，全国注册水利建设监理总工程师，全国职业核心能力测评师，入选省“新世纪151人才工程”第3层次。
曾在企业工作四年，担任企业工程师、项目经理等职务。现任浙江同济科技职业学院机电系副教授，水能水资源研究所所长，浙江省高职高专专业带头人。目前已从教8年多，主讲课程《农村水电站计算机监控技术》（国家级精品课程）。现为中国水力发电工程学会会员，中国可拓工程学会委员，浙江省仪器仪表专业委员会委员，全国中文核心期刊《水电能源科学》杂志评审专家...&
水电站计算机监控技术与应用
主编：徐金寿 张仁贡
浙江大学出版社
发电厂综合技能实训
主编：张仁贡
浙江大学出版社
中小型水电站电气值班员考级试题解析
主编：应明耕
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团队合作教程
主编：许湘乐 徐金寿
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关于中小型水电站计算机监控系统设计和特点及发展趋势的分析
水电站计算机监控技术的发展方兴未艾，它必将随着硬件技术、计算机技术、通信技术、数据库技术、网络技术和自动化监控技术的不断发展而不断向前推进。本文从中小水电站自身的特点出发，介绍几种适用于中小型水电站计算机监控系统网络结构设计方案。对小水电站计算机监控系统包括监控模式、系统配置、监控系统结构、网络结构以及监控系统功能分配和实现，作了探讨并阐述了自己的看法和建议。
作者单位：
新疆新华水电投资股份有限公司 新疆乌鲁木齐 830063
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万方数据电子出版社水电站计算机监控系统浅谈--《四川水利》2013年03期
水电站计算机监控系统浅谈
【摘要】：水电站计算机监控系统是指整个水电站设备的控制、测量、监视和保护均由计算机系统来完成,是实现对整个电站所有设备进行控制、测量、监视和保护的自动控制系统。本文主要介绍计算机监控系统的发展历程以及现有水电站计算机监控系统的类型及结构模式,最后着重介绍亭子口水电站计算机监控系统的实现。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TV736【正文快照】：
1水电站计算机监控系统概述我国水电站计算机监控技术的研究与开发起步于20世纪80年代初。在富春江水电厂,一批科研试点单位在水电部安排下开始了计算机监控系统试点研究,于1984年11月正式投入运行,成为我国第一套水电厂计算机监控系统。进入90年代后,国内外在水电站自动控制
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京公网安备74号第3章 水电站计算机监控系统的模式和配置
3.1水电站计算机监控系统的两种模式
从国外水电站计算机监控系统发展的实践情况来看，大体上可分为两种模式。一种是以原来传统上从事发电厂设备及其控制的公司，它们是从常规控制的方法为出发点逐渐将计算机技术应用到水电站的控制之中，称为专用型计算机监控系统（以下简称专用型系统）；另一种是原来从事计算机技术研究的公司，它们在将计算机推广到水电站控制的应用中，仍明显地保留了计算机控制的思维方法，并用这种方法来改造或适应水电站控制的要求，称为集成型或通用型计算机监控系统。
3.1.1专用型系统
专用型水电站监控系统是在常规控制基础上，仍然保留集控台控制面板的模式，如强电控制、弱点选线控制、强电小型化等，仍然使用二次接线图的习惯，不需特别学习计算机编程，而采用梯形图的方法等。这里主要是指利用大规模集成芯片或OEM模件，构成一种适合于水电站生产过程控制的专用计算机监控系统。一般来说它不直接采用市场上的控制计算机。
3.1.2集成型系统
集成型系统是一种所谓计算机化的水电站监控系统，计算机系统作为一项新发展起来的技术，它有一套全新的硬件和软件相结合而发挥强大功能的特殊结构，有一套不同于水电站常规方式的操作方法，它在构成系统时以最方便的方式接入计算机，最直接地发挥计算机的功能（市场上销售的计算机不需作重大技术改造，以集成的方法即可构成监控系统的方式）。
3.1.3 两种模式的比较
上述两种典型方式从不同侧面反映了现代水电站控制技术的发展历程，都有其应用实例。前一种系统及其相似系统都是1982年前后推出的，反映了当时技术发展的一种趋势，其主导思想是按照电站监控原有的要求和习惯，推出的一种“朴实”的监控系统，在系统的计算功能上能满足习惯性的控制要求。由于全系统各种站（控制终端）均采用同样的模块，总备品备件的品种和数量都少，但这些备品备件必须由原供货厂家提供。
后一种系统由于直接采用通用的控制计算机和接口，国内较容易选购备品和进行维护。由于控制计算机的研究和监控系统其余部分的研究可以分开进行，技术更新快，哪一部分有新技术都可部分改进，这特别宜于计算机技术飞速发展而价格迅速下降的今天。
3.2水电站计算机监控系统的基本结构
自20世纪70年代水电站采用计算机监控系统以来，从国内外水电站计算机监控系统几十年的变化情况看，它的系统结构经历了一个从简单到复杂、从低级到高级、从单项到全面、从简陋到完善的发展过程，如从集中式控制向分布式控制发展、从单计算机系统向多计算机系统发展、从单层网络向多层网络发展等。这里，从工业自动化计算机监控系统的一般划分，并依据目前水电站的实际情况，归纳为以下几种结构形式。
3.2.1集中式计算机监控系统
早期，计算机比较贵，一般只能设一台计算机对全厂进行集中监控，称作集中式监控系统。
集中式监控系统的结构将在第4章介绍，其网络拓扑结构简图参见第4章图4-1。集中式监控系统一般集中布置1台计算机，称为集控机，它承担着整个水电站的全部监视和控制任务。水电站的全部运行参数和状态信号、被控回路及执行继电器等几乎都集中到集控机及其外围设备的输入/输出接口。全站的数据采集和处理、运行参数和状态的监控、机组启停和负荷调整、运行状态的显示和记录、异常状态报警等任务均由集控机分时执行。这种系统的基本特点是简单、不分层（不设采用计算机的现地控制级设备），较易于实现。此时，一切计算处理都要在集控机上进行，所有信息都要送到集控机；所有操作、控制命令都要从集控机发出，因此一旦集控机出现故障，整个控制系统将面临瘫痪的危险，只能改为手动控制运行，性能大大降低，这是集中监控系统的致命弱点。其次，由于所有信息都要送到集控机，现场需要敷设很多电缆，机组台数越多，电缆也越多，这不但增加了投资，而且降低了系统的可靠性，电缆及其接头容易发生故障，通信也是薄弱环节。
为了克服对一台集控机过分依赖的缺点，可以增设第二台集控机作为备用，以提高这个系统的可靠性。这样，就出现了下面三种备用方式：
1. 冷备用方式（Cold Standby）
此时，一台计算机为工作计算机，或称主计算机，另一台为备用计算机。平时备用计算机不参加生产过程的控制，只担任一些离线计算和程序开发等任务。一旦主计算机发生故障，备用计算机就启动，进而取代出故障的主计算机对生产过程进行控制。但由于取代有一段过程，可能丢失一部分信息，在这一段过渡时间内，控制系统实际上处于停滞状态，这对实时控制是不利的。但它的优点是，备用计算机可以做一些别的工作，从资源合理利用角度来看，可能有一定的价值。
2. 温备用方式（Warm Standby）
此时，备用计算机是经常运转的，在正常情况下只承担一些离线任务。它的存储器周期性地被来自主计算机的实时数据所更新，这可以通过周期性连接数据库、事件表和档案库来实现。
由于备用计算机不需启动，切换取代时间比较短，丢失数据的范围就比较小，但还不能完全避免。此外，还存在可能接收切换前主计算机处理的错误数据的危险。
3. 热备用方式（Hot Standby）
此时，两台计算机是并列运行的，执行同样的程序。来自生产过程的数据由两台计算机独立地进行处理。它们之间的差别是，只有主计算机的输出是真正接至生产过程的。如果主计算机发生故障，备用计算机可立即取而代之。这样就解决了丢失信息和接受错误信息的问题。但为此付出了一定代价，即备用计算机不再能承担离线任务。这种方式用在对系统可靠性要求比较高的场合。随着计算机价格的下降，这种热备用方式用得比较普遍。如果不特别说明的话，主备用运行方式就是指的这种热备用运行方式。
采用集中式监控系统的典型例子是20世纪70年代研制的美国石河段水电站计算机监控系统。石河段水电站是一座水库库容较小，带峰荷的低水头径流式水电站。总装机容量为1300MW，有11台机组，其中7台为转浆式水轮发电机组。它采用一台PDP-11/35型小型计算机控制整个水电站，机组本身的控制采用常规自动装置。计算机监控系统实现的功能有：
(1) 数据采集和处理。它包括测量、监视、报警、电能积算、事件记录和制表打印等。数据采集每4s执行一次，全部存入数据库。带中断的开关量可随时响应。
(2) 机组启停控制。这里指的是确定应运行的机组台数和台号，至于机组启停顺序控制是由机组本身的常规自动装置执行的。启停的原则是保持各台机组运行于最高效率附近1%的范围内。如果不在此范围内，就增开或停下一台机组。程序每隔30s执行一次。
(3) 机组有功功率的控制。每3min读一次上、下游水位值，根据这些水位值算出每台机最高效率对应的功率整定值。如果可能的话，使机组整定功率与此最高效率下的功率整定值相同。然后，将此整定值与机组实际功率进行比较，如差值超过规定死区，就调整机组功率直至差值在误差允许范围内。此程序每4s执行一次。
(4) 电压和无功功率的控制。此程序分两部分。首先调整各台机组的无功功率以减少母线电压与要求电压之间的偏差，每8s执行一次。第二步算出所需总无功功率（等于各台机组无功功率之和），将它按比例在机组间进行分配，每15s执行一次。这两部分任务交替反复执行，直至电压偏差和无功功率平衡均能得到满足时为止。
(5) 上游水位控制，即自动溢流。每3min采集一次上游水位和泄洪闸门开度，计算是否需要泄放，泄洪闸门要开多少个，每个闸门开启多少，以维持水库有足够高的水位。误差信号是现有库水位减去最大允许库水位，如此误差为负，则不需开闸门，如果为正，则算出与此误差成正比的泄流量，根据此泄流量算出应开启闸门数和开度。
石河段水电站集中式监控系统需要的投资少，为50万美元，而获得的经济效益十分显著。据报导，每年增加发电量0.8%~6%，这与水头有关，平均为3%。运行值班人员由2人降为1人。计算机监控系统的全部投资在3年内收回。
我国也有容量很小的水电站采用这种系统。
总的来说，集中式监控系统结构较简单，较易于实现，投资较小，是早期使用的典型系统。但是可靠性比较低，现已经不大采用，一般只用在机组台数较少、控制功能简单、总装机容量在2000kW以下的小型水电站。
3.2.2功能分散式计算机监控系统
图3-1分散式计算机监控系统结构简图
随着计算机价格的下降以及水电站对监控系统可靠性要求的提高，为了克服上述集中式监
控系统的缺点，出现了功能分散式监控系统（Decentralized System）。此时，对水电站的全部监控任务不再由一台计算机来完成，而是由多台计算机共同完成。各台计算机只负责完成某一项或一项以上的任务，结果出现了一系列完成专项功能的计算机，如数据采集计算机、控制调节计算机、事件顺序记录计算机、通信计算机等。这是一种横向的分散，功能的分散，当某一台计算机出现故障时，只是某一功能受到影响，而其他功能仍可以实施，可靠性在某种程度上有所提高。功能分散使得每台计算机的负载可以减少，从而出现了多微机系统，即用多台微机代替原来一台高性能小型机去完成监控的任务，经济上也是合算的。
分散式处理计算机监控系统也是在多计算机系统出现后得到应用的一种系统，其控制对象的特点是：①地理上分散在一定的范围内；②相互之间的联系较薄弱，很少存在处理或计算机上的因果关系，即某子系统的计算要等另一子系统的计算结果出来后才能进行处理。在讨论“分散”的时候，是相对于“集中”而言的，主要是强调了位置上的分散。
图3-1为采用功能分散式监控系统的一个例子。水电站监控系统设有多个专用功能装置，如数据采集装置、事件顺序记录装置、控制调节装置以及通信装置等。各部分的功能如下：
(1) 数据采集装置。它具有下列功能：①正常电气参数的监测、打印和制表；②越限或异常电气参数的监测、打印和制表；③参量分析，如测量误差检出和报警；④电气量历史性记录、事故追忆；⑤图表显示；⑥电能脉冲量计算和转发；⑦与数据采集计算机交换信息。
(2) 事件顺序记录装置。它具有下列功能：①及时反映生产过程中出现的事故、故障的性质、开关动作顺序和发生时间；②显示事故、故障的复位信号；③显示和记录正常操作的性质和时间；④显示系统主接线，用色彩区别电压等级和机组运行工况；⑤制订交接班记录等。
(3) 控制调节装置。它的主要功能是接收上位机下达的控制命令，向各台机组发出开机或停机命令，调整各台机组的有功功率和无功功率。
(4) 通信装置。使通信计算机能够与现场进行通信，使运行人员能够及时反馈现在的运行情况。
功能分散式计算机监控系统仍没有解决集中式监控系统的所有问题，它是集中式监控系统的延伸版本，从某种意义上说，仍然属于集中式监控系统。如某个功能装置计算机出现故障，则全厂的这部分功能均将丧失，影响较大；而且要将所有信息集中到一处（用电缆）所带来的问题仍然没有解决；系统可靠性仍然不是很高，而投资却增加很多。因此功能分散式监控系统目前已经很少采用。
3.2.3分层分布式控制系统
上述信息过于集中的矛盾可以用分布处理的方式来解决。水电站采用的处理通常是与分层控制结合在一起的，因而它实质上是一种分层分布式监控系统。
分层控制（Hierarchical Control）理论是20世纪80年代发展起来的一种新理论，它是控制系统理论的一个分支，是从控制论的角度来研究多个相互影响的系统的控制方法。它把“中央的控制中心”对“各子系统的控制中心”的监视，以及确定“各子系统控制中心”的控制方向问题提高到理论上来，这种理论可用于电力系统问题的分析和调度控制中。对于水力发电厂，其发电、输电生产是一个综合复杂的过程：①地域上比较分散，设备分散于主厂房、中控室、开关站、泄洪闸门等处；②设备数量多（与机组台数有关）；③要求实现的功能多（与机组容量和在电力系统中的地位有关）。从控制论的角度，按其命令的产生、命令执行结果信息的反馈流