在发达国家，60年代就已将计算机技术应用到水电站的生产过程监控；我国80年代开始在水电站应用计算机监控技术。经过十几年的研究和应用，部分水电站已实现无人值班、少人值守，为提高运行可靠性和实现减人增效奠定了物质基础。 相比之下，我国农村小水电站的计算机监控应用起步较晚。为了加快小水电站计算机监控应用发展的步伐，提高自动化水平，实现现代化管理，武汉华工电气自动化有限责任公司受水利部农村水电及电气化发展局的委托，于2002年上半年推出了“中国农村水电现代化管理示范模式”，建成了湖南永兴水电现代化管理示范基地，其中包括永兴水电站计算机监控系统。 一、计算机监控技术在农村水电站应用的重要意义 我国小水电的蕴藏量大，分布很广。目前已有1574个县建起了小水电站，其中有770个县主要靠小水电供电，许多县以小水电为主建成了自己的农村小电网，主要供县办工业、乡镇工业、农田排灌、生活照明及农副产品加工等用电。 已开发的小水电主要依靠县、乡、村镇和广大农民兴办，管理方式千差万别，管理水平参差不齐。与国家电网尤其是“达标”和“一流”大中型水电厂相比，人才和资金的短缺，造成大多数小水电企业的自动化程度较低，技术比较落后，严重影响设备的安全可靠运行。因此，应用计算机监控技术，提高农村小水电站的自动化程度和运行的可靠性，降低一线人员的劳动强度，对提高小水电站的综合经济效益具有十分重要的意义。 二、计算机监控技术在农村小水电站的应用 应结合农村水电站计算机人才和资金短缺的特点，设计一套可靠性高、结构简单的半免维护计算机监控系统，做到既能满足无人值班、少人值守的需要，又能以最少投人，实现计算机监控系统工程的最佳性能价格比。 1．计算机监控系统的结构。一般情况下，农村水电站的计算机监控系统应以开放、分层分布式为主结构模式，即按水电站控制层次和控制对象设置成电站控制级和现地控制单元级，如图1所示。 电站级根据要求可以配置成单机、双机或多机系统；现地单元控制级按被控对象(如水轮发电机组、开关站、公用设备、闸门等)由多台现地控制单元(LCU)装置组成；电站级和现地控制单元级之间一般采用星形网络或总线网络结构；现地控制单元级的控制设备主要由工业控制微机加可编程控制器组成。 现地控制单元是实现水电站计算机监控的关键设备之一。根据计算机监控系统实用要求，现地控制单元中的工业控制微机有两种结构：1)不直接采集模拟量和数字量，靠通信方式从可编程控制器等智能装置中获得数据，可编程控制器完成除温度量以外的所有模拟量和数字量采集、控制和调节；2)通过插入其PC总线扩展槽的智能模板完成除温度量以外的大部分模拟量和数字量采集，由可编程控制器完成直接参与控制和调节的模拟量和数字量采集，并完成控制和调节的输出。 分层分布式结构的现地控制单元能独立运行，具有现地监控手段。 2．计算机监控系统的主要功能。1)数据采集和数据处理：模拟量的采集和处理，如有功、无功、电流、电压、油压等；开关量的采集和处理，如断路器的分和合等位置信号；脉冲量的采集和处理，如有功电度和无功电度量；外部链路数据的采集和处理，如从EXCEL等表格中得到数据。2)控制与调节：监控系统能按照电站当前运行控制方式和预定的决策参数进行控制调节，以满足电力调度发电控制要求。系统要求具有如下方式切换功能：远方调度端/电站(级)控制方式；电站(级)/现地控制单元(级)控制方式；机组单控/联合控制运行方式；运行设备自动/手动控制方式。3)厂内自动发电控制(AGC)：监控系统根据给定的电站功率或日负荷曲线，考虑调频和备用容量的需要，计算当前水头下电站最佳运行的机组数；根据电站供电的可靠性、设备(特别是水轮发电机组)的当前安全和经济状况，确定应运行机组台号；在应运行机组间实现负荷的经济分配；校核各项限制条件，如机组汽蚀振动区、下游最小流量、下游水位变化、用水量等，不满足时进行各种修正。4)厂内自动电压控制或机组无功功率联合控制(AVC)：按系统调度给定的电厂高压母线电压定值进行调整；按运行人员给定的高压母线电压值进行调节；按发电机出口母线电压给定值进行调节；按等无功功率或等功率因数进行调节。5)低频控制和高频控制：监控系统根据系统频率降低和升高的程度以及机组的运行方式，自动改变机组的运行方式以恢复系统的频率正常。6)人机联系及操作功能。7)电厂设备运行管理及指导：历史数据存储；自动统计机组工况转换次数及运行、备用、检修时间累计；被控设备操作动作次数累计以及事故动作次数累计；峰谷负荷时的发电量分时累计。8)系统通信：为满足调度自动化系统对电厂的遥测、遥信、遥调及遥控功能，监控系统应可随时接受各级调度的命令信息，并向它们发送电厂实时工况、运行参数及有关信息；监控系统还要与信息管理系统(MIS)等厂内其它系统的通信；监控系统电站级IPC与现地各监控单元的通信。9)时钟同步控制：监控系统(电站级和现地控制单元级)的时钟同总调度自动化系统的时钟通过GPS进行同步控制，或通过网络对时命令实现监控系统各单元的时钟同步。10)系统自诊断及自恢复：监控系统在线运行时，能对本系统内的硬件及软件进行自诊断，自恢复。11)培训仿真：监控系统内可配置培训仿真工作站，在离线时，用以仿真电站实际运行，培训运行操作人员进行各种操作及维护。 3．计算机监控系统的主要特性。1)实时性。现地控制单元级装置的响应能力应该满足对于生产过程的数据采集时间或控制命令执行时间的要求；供事件顺序记录使用的时钟同步精度应高于所要求的事件分辨率；电站级的响应能力应该满足系统数据采集、人机接口、控制功能和系统通信的时间要求；电站级对调度系统数据采集和控制的响应时间应满足调度的要求。2)可靠性。系统中任何设备的单个元件故障不应造成关键性故障(或使外部设备误动作)；防止设备或组件中的多个元件或串联元件同时发生故障。3)可维修性。可维修性参数平均修复时间(MTFR)一般可取0.5～1小时。4)可用性(或可利用率)。系统在电站验收的可用性指标分为99.9%、99.7%和99.5%三档，对不同的系统结构或类型应用不同的可用性指标。