式中?Pi、?Qi~~~当前发电设备发出的有功和无功功率总和；
?Pj、
?Qj~~~系统当前的有功、无功总负荷；
?Pk、?Qk~~~系统当前的有功、无功损耗总和。
水力发电是比较经济、常用的一种发电形式，是借助于各种形式的大坝把江河水拦截起来蓄到水库里，通过引水系统利用水的势能推动水轮机并带动与之同轴的发电机转动发电。水轮发电机所发出的功率如下：
G?9.8q?H （3）
式中q——水轮机流量
m3S H——水头m ?——水轮机组发电效率
相对于其它发电形式而言，水力发电具有启停速度快（最快可在1分钟内并网并带满负荷）、调节方便、能源清洁等特点，在电网中主要承担调峰、用的任务。
1.3 自动控制系统简述
由于水电厂可担任系统调峰、调频等重要任务，因此对其自动化程度要求较高。水电厂自动控制系统的功能主要包括以下几个方面：
1、水轮发电机组开停机、运行的自动控制与故障、事故保护等； 2、机组转速和有功功率的自动控制； 3、发电机电压和无功功率的自动控制；
4、同期控制及压缩空气系统、技术供水系统、渗漏排水系统等辅助设备的 自动控制等；
5、电气设备防误操作；
根据上述功能要求，水电厂自动控制系统结构如图1-1所示：
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信号灯板面及控制开关 远程通信 调度 水轮机控制及保护回路 现场控制元件 同期系统 励磁系统 现场控制元件
图1-1 水厂控制结构
各组成部分的功能和原理简述如下： 1、水轮发电机组控制及保护回路：
1） 接受运行值班员或调度指令，完成机组的各种状态转换:如西洱河一级电站的以下几种状态转换：停机一空转、空转一空载、空载一发电、发电一空载、空载一空转、空转一停机等。
2）实时采集、监视机组各部分的运行参数如轴瓦温度、机组转速、轴承油位等，如有异常发信号报警或作用于停机。
3）完成机组各种保护功能。如机组过速保护、事故低油压保护等。
2、机组调速器、励磁系统、同期系统是具有一定功能的相对独立的自动装置。 3、现场自动化元件：是现场各种运行参数直接监测和控制功能的最终执行元件，是机组控制系统的“四肢”，工作环境相对比较恶劣，包括现场各种电磁阀、液位信号器、压力信号器、流量开关、行程开关等，实时监测机组各部分参数并以开关量和模拟量形式传入系统，接收来自控制系统的命令具体执行各种现场操作。
除上述主要部分外，在水电厂控制中还包括各种辅助设备的控制，如压缩空气自动控制系统、技术供水系统、火灾报警及消防联动系统、厂房渗漏排水系统、全厂电气设备防误操作系统等。
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1.4 水电站计算机监控系统概述
国外水电厂计算机控制应用较早，1974年美国最早在哥伦比业河梯级电站的大古力水电站实施计算机闭环控制，大古力电站总装机容量为6150MW，是世界上第一个实行闭环控制的最大的水电站，当时主要采用集中控制。70年代后期至80年代初期，国外许多水电厂都开始实施计算机监控。我国在这一阶段也进口了一些监控系统，比较大的有鲁布革电站、葛洲坝大江电厂、广州抽水蓄能电厂、隔河岩水电站、十二陵抽水蓄能电站等等。引进涉及的国外公司有:ABB公司(包括原来BBC公司提供的系统))8套、加拿大GAE公司3套、加拿大贝利公司2套、法国Cegelec公司2套、奥地利Elin公司1套、德国Siemens公司3套。
这些水电厂计算机监控系统的引进对促进我国水电厂计算机监控技术的发展起到了一定的推动作用。国外水电厂监控系统的主要结构如下：
1、加拿大Bailey公司的INFI-90系统。
INFI-90是Bailey公司在其原来的Network-90即N-90的基础上推出的分散控制系统，采用l0MHz环形网络作为系统结构，称为INFI-NET，通信方式采用“存储一转发”环状通信方式，每个环可挂250个节点，每个节点可以是一个子环网（控制一台机组或一个单元），在INFI-NET的下层是总线型的CONTROL-WAY网络，该网络速率为1Mbps，可挂接32个INFI-90的控制模件MFP，MFP中具有子总线SLAVE BUS控制器，通过SLAVE BUS挂接各种I/O模件。结构如图1-2所示：
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INFI—NET
OIS NIS NIS EWS
NPS NPM
CONTROL—WAY
MEP MEP ??
SALVE BUS
DIS DSI ASI DSO ASO FBS
FIELD BUS
图1-2 INFI-90系统结构图
系统的主要组成部分：
1）操作员接口站(OPERATOR INTERFACE STATION，OIS)：主要完成流程图显示、操作、管理、存储数据的功能。提供有效的窗口来观察过程和系统、操作过程和管理过程，提供画面显示、图形显示、参数趋势显示、报警显示等显示功能、数据存储与管理功能、系统操作功能等。
2）工程师工作站(ENGINEER WORK STATION，EWS)：提供工具平台对INFI-90系统进行组态、对整个系统进行程序、参数修改和系统维护。
3）多功能处理器(MULTI-FUNCTION PROCESSOR，MFP)：是INFI-90系统适应过程控制的核心部件，它能完成回路控制、顺序控制等功能，MFP可以实现l：1冗余，MFP通过总线与各种I/O子模件相连接，其中FBS，CIS，ASO等分别为模拟量输入、控制I/O及模拟量输出等直接与现场接口。
INFI-90系统是一个封闭环路、缓冲器插入型的环形通信网络，网络上的节点类型包括过程控制单元、操作员接口站和计算机接口单元，网络最大可支持250个节点，在网络上的各个节点均可组成冗余配置，可靠性高，属于分层、分散系统，但其开放
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性较差。
2、西门子公司的PROKON-LSX水电厂计算机监控系统：
该系统是西门子公司采用先进的系统结构和国际上通用的标准近年来开发出来的水电厂监控系统。采用分布式结构，将所有功能分成二层，结构如图1-3所示：
运行操作计算机
??
运行操作计算机
优化计算机
优化计算机
本地计算机 本地计算机
PLC PLC 站控制单元 站控制单元
图1-3 PROKON-LSX结构
1）本地自动层(The Local Automation Level)：由PLC和建立在PLC上的电站控制单元实时地进行数据采集、监视和控制，当数据、状态和处理参数发生变化时，对它们设置一个时间标志，并且非周期性地将它们送到中央控制室内的中央层系统。
2）地区层(The Area Level)：由本地自动层送来的数据经本地计算机进行采集，根据数据的范围进行处理或向上一级计算机传送，一个或几个主地区计算机可用来对系统数据库在几个单元内进行分配。例如对机组、开关站、闸门各自设置地区计算机。
3）对话层(The Dialog Level)：该层主要实现操作员对电厂的控制和监视的系统，它包括用于运行和监视电厂生产过程的运行操作计算机，根据电厂规模大小可设置单独的数据库管理机等。
4）西门子公司的PROKON-LSX水电厂计算机监控系统是一种分层分布式监控系统，这种系统在地域上是分散的，即按控制对象进行分散。按控制对象设置单独的控制单元，此时，某个机组控制单元发生故障，只影响这一台机组，而不影响整个电厂的运行。另外，由于信息进行了分布处理，即各台机组的信息由各台机组控制单元
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进行处理，就不必敷设许多电缆将信息送到一处集中处理，可以节省相应的投资。由