德国乌尔姆SWU 电力股份有限公司控制着6座沿多瑙河和Iller水路的水力发电厂。根据已经制定的计划，水电厂的设备已从去年开始并将在今后的几年内继续更新。该计划将使Donaustetten等发电厂的控制系统更加现代化。2003年3月，SWU Energie GmbH公司与西门子水力发电公司签订了一份关于提高Donaustetten和Opfingen电厂自动化程度的合同。合同中还预定，如果首批两个电厂的现代化改造进展情况良好，另外两个电厂的项目将优先考虑西门子水力发电公司。Donaustetten电厂的改造计划于2003年1季度完工，Opfingen电厂工程预计也将于2003年上半年动工。

　　同时，与远程控制中心相连的两套自动控制系统以及操作监控子系统都已安装调试完成。

　　每套系统都安装了基于西门子水力发电技术的高效自动控制系统。另外，每座发电厂都安装了相同技术的通用控制柜。该柜通过优化模块控制非机械功能，包括准确计算各系统负载分配及最佳导叶与闸门关系。通过采取这些措施使得年发电量大幅提高。

　　该通用控制柜同样也与乌尔姆电控中心相连。每个电厂都配有操作和监视系统。用膝上型电脑通过电话线登陆该系统可以远程诊断及遥控。

　　通过这次合作，SWU 电力股份有限公司和西门子水力发电技术股份有限公司开创了一个新天地；精确的时间安排及供应商车间现有的制造设备使得SWU 工作人员能够象执行自己职责一样完成全部电气及机械方面的建造安装工作。由于SWU 的人力成本要低于外界，这就意味着节省了开支。另外，员工掌握了充实的关于设备的知识，这是电厂正常运行必不可少的条件。

1.Donaustetten控制系统的现代化

　　Donaustetten发电厂安装了四套控制系统，为了适用于现代化的控制系统，对安装在带螺杆泵的涡轮轴上的旧液压控制单元的调整将是个特别的挑战。此次安装新型控制系统的主要目的，就是解决长期存在于调速系统中的问题，即伺服马达在调速模式下莫名的振动现象，及由此导致的从机组启动到电路开关合闸时间过长。

2.控制和监测系统

　　运行于西门子 Win CC系统下的Voith Siemens水利方面的标准系统被选做控制和监测系统。该系统既可以控制整个电厂也可以控制某个机组及某一分系统，并可以通过多屏幕将电厂和各机组显示出来。

　　电厂还配备了事件信号传输系统。凭借该系统，所有进来的故障信号，操作员及状态信息都将保存下来并可以通过过滤器重新获得。模拟量趋势变化也会被记录下来。该系统功能强大，可以对所有数据进行参数设定。

　　发生故障时，维修人员在进入电厂之前，可以通过控制屏的操作界面上显示电厂的系统做出详细的故障分析。在分析结果的基础上，决定是否立即查找故障，需要何种工具，以及是否需要向第三方进行咨询等。

　　当工作人员在一个电厂开展维修工作时，也可以通过控制系统的监视器登陆其他电厂进行状态分析。

3.数字调速器自动控制系统

　　每个机组都有一个独立的自动化控制柜。由于空间狭小，新的控制系统置于原有的控制柜中。柜门是新的，因为原有的自控设备柜门不再合适。主接触器和电动机回路断路器等功率原件置于同一个控制柜中。

　　数字涡轮调速器也集成于自控柜中。自控系统和调速器的控制功能通过一台双处理器的PLC实现。

　　PLC单元、通用控制柜及控制监测系统通过一个总线系统交换数据。

　　在自控柜门的外表面设有控制面板，该面板的操作配置与控制监测系统相同。因此，控制电厂变得很容易，并且只需要对工作人员进行一次培训和指导。

　　在自动模式下，通用控制系统发出启动和停止指令，并把设定值送给自动化单元。在机旁模式下，这些输入可以通过控制终端和控制面板完成。一个基本的原则就是，即使通用控制系统或控制监测系统发生故障，各机组仍可独立工作。

4.通用控制柜

　　独立安装的控制柜来控制发电厂的通用功能，例如导流坝控制以及与乌尔姆城区电控中心的接口。此接口采用IEC-870-5-101协议。在电控中心输入电厂的水位和流量的设定值并传送给通用控制柜。联合控制功能决定哪些机组被启动和停止，以及发出启动、停止和设定值到这些机组。

　　另外，通用控制系统还可以从邻近的Ersingen发电厂采集信息，该发电厂虽没有与电控中心相连，但其数据仍可被后者使用。

5.导叶与闸门关系的优化模块

　　Kaplan系统的一个显著特点就是对于导叶和闸门开度的可调整性。当机组运行在落差和流速变化较大的情况时，该特点的优势显得尤为突出。正是由于这个关系，在整个运行过程中机组的水压特性可以保持在最高效率。毫无疑问，导叶与闸门关系对最终年发电量起着决定性作用。

　　Donaustetten初始的数据不可用。而内部指导人员又阻止原设备厂商提供可能有价值的关于机组水力特性的文件数据。因此采取了一种特殊的测量方法来得到运行机组的特性曲线。

　　这些曲线作为优化模块的基础。在运行过程中，闸门和导叶的位置关系会被不断的检测并根据Voith Siemens确定的一种方法进行优化。系统按几条最佳曲线运行，以得到最大输出和稳定流量。这样，机组就可以长期运转于最佳的效率范围，又最大限度地增加了输出。

　　如果水量供给可以达到电厂所有单元都完全打开的程度，各单元将不会工作在最佳的效率范围内，但可以达到最大输出。这种方法可以进一步提高年发电量。

6.机械方面的改造

　　在Donaustetten电厂，Kaplan涡轮机组安装了一个螺杆泵以驱动导叶和闸门。基于这种设计，作为叶片位置功能之一的导叶位置的反馈和调整变成一种完全的机械操作，那么就无法利用现代控制系统使此设备再发挥作用。因此需要采用特殊的现代化措施。

　　为了能够应用现代控制系统，用于导叶和叶片调整的旧凸轮盘被拆掉，安装了两个Voith Siemens的移动盘绕装置，其中集成了用于导叶控制的排量测量系统和快速关闭装置。一个用于导叶泵，另一个用于闸门泵。

　　导流片(guidevane)和顺流片(runner blade)位置由非线性角度传感器测量并由自动化单元处理其信号。其关系曲线存储在数字调速器中，由优化模块连续调整以使机组运行于最优状态。

7.Opfingen电厂

　　Opfingen发电厂计划采用和Donaustetten电厂相同的自动化系统。但是由于Opfingen电厂只有三台发电机组，因此只采用三套单元自动化系统，以及一套操作和监控系统，一套与遥控中心相连的通用控制柜，以及联合控制和gate/blade关系优化模块。

8.综述和展望

　　在Donaustetten 和 Opfingen电厂，新的控制系统已经安装。在Donaustetten电厂，基本的功能都已调试完毕并验收合格。在采购和调试阶段，特别关注了优化运行，与摇控中心的接口，以及发电厂成本有效运行等几方面问题。当今，适用于中小水电厂的低价格的控制系统也能提供与大型发电厂一样的功能。

　　以上所描述的控制系统也适用于Frjedrichsau和Wiblingen 发电厂。因此，我们也计划采用这套系统对上述两个电厂进行现代化改造。