中小型水电站智能控制系统及其方法

摘要

本发明为一种中小型水电站智能控制系统及其方法，设置有远控层、站控层、至少一个单台机组控制层，其中所述单台机组控制层设置有LCU层和传感器层，所述LCU层由至少两个功能LCU控制器组成，每个该功能LCU控制器的输入端分别连接传感器组，该传感器组组成所述传感器层，所述功能LCU控制器间采用EtherCAT实时以太网组网，组成所述LCU层，所述站控层的第一通信端与所述EtherCAT实时以太网连接，第二通信端与所述远控层连接；所述中小型水电站智能控制系统的控制方法为采用发布/订阅机制建立全站统一信息平台，实现智能水电站控制系统的顺序逻辑控制及同步连锁调节控制功能的中小型水电站智能控制系统。

权利要求

1.一种中小型水电站智能控制系统，其特征在于：设置有远控层、站控层、至少一个单台机组控制层，其中所述单台机组控制层设置有LCU层和传感器层，所述LCU层由至少两个功能LCU控制器组成，每个该功能LCU控制器的输入端分别连接传感器组，该传感器组组成所述传感器层，所述功能LCU控制器间采用EtherCAT实时以太网组网，组成所述LCU层，所述站控层的第一通信端与所述EtherCAT实时以太网连接，第二通信端与所述远控层连接；

所述中小型水电站智能控制系统的控制方法为采用发布/订阅机制建立全站统一信息平台，具体步骤为：一、将每个所述功能LCU控制器作为发布和订阅者；

二、建立消息模型，消息由一个属性集合{A1，A2，…An}组成，每个属性由一个三元组(data type，attribute name，value)；

其中data type表示属性的数据类型，包括int，bool，float，string；attribute name表示属性的名称，它是一个字符串；

value表示属性的量值，其值域是该属性能表示的范围,事件表示Event＝U{attribute}；

三、确定发布/订阅语言，由一个属性约束组合{C1，C2…Cn}构成，约束是一个无状态的布尔表达式，表示为type、attribute、operator、value；

其中Type表示该约束的数据类型，attribute表示该约束所针对的属性的名称，operator是数据类型所对应的测试操作符，包括>、<、＝、≥、≤，发布/订阅语言可分别表示为Distribute/Subscription＝U{constraint}；

四、数据匹配算法：为采用基于内容的发布/订阅系统的匹配算法，将所有的订阅集中，充分利用订阅间的共同成分，整合成一个数据拓扑结构，并将这些数据拓扑结构建立索引，尽量降低匹配算法的空间复杂度和时间复杂度，定义订阅阈值规则描述某订阅者需求数据项的阈值规则，用f表示，f是一个四元约束组合{Ma，L，H，Mb}，其中Ma表示小于Ma的值，L，H表示合法区间值，Mb表示大于Mb的值，F(Ei)＝{f1(E1),f2(E2),…,fn(En)}Ei＝{A1,A2,…,An}

fi(Ei)＝{C1A1,C2A2,…,CnAn}表示对整个消息Ei计算匹配阈值，将所有的订阅分解为约束集合，去除重复的约束，将这些约束组织成一个多维索引结构，按照其数据类型、属性名称、比较符逐级建立索引，每一个最终索引项是一个约束列表。

2.根据权利要求1所述中小型水电站智能控制系统，其特征在于：所述功能LCU控制器设置有单片机，该单片机的信号采集端经zigbee通信芯片与对应的传感器组连接，通信端与通信处理芯片相连，同步端与GPS同步时钟芯片相连。

3.根据权利要求1所述中小型水电站智能控制系统，其特征在于：所述功能LCU控制器分别为机组控制LCU、机组保护控制LCU、水工控制LCU、机组辅助控制LCU和线路变压器控制LCU。

4.根据权利要求3所述中小型水电站智能控制系统，其特征在于：所述单台机组控制层为两个以上时，控制策略为：(1)各机组效率ηi及流量微增率qi的计算：

ηi＝102N/HtQγ

式中γ—水的密度，

(2)发电机出力N，出力N由三相功率表测得，

(3)水轮机水头Ht，

(4)机组工作流量Q，

在工程上，通常把在某一水头电厂水轮发电机组发出的单位功率(1KW)在单位时间(1s)内所消耗的水量叫做流量微增率，即由于效率与流量微增率互为倒数，即 可以通过流量微增率q0求取机组效率η，设电厂总负荷为N，选定某n台机组共同完成这一生产任务，当机组台数n固定时，机组之间是按流量微增率相等的原则分配负荷的，将各机组在各个水头下流量微增率q0逐点列表，记忆到各机组控制LCU的存储器中，在某一水头H下通过查表计算，各台机组总有一个出力值Ni对应的流量微增率是相等的，从而实现各台机组的负荷最优分配。

说明书

中小型水电站智能控制系统及其方法

技术领域

[0001] 本发明涉及水电站控制设备领域，具体涉及一种中小型水电站智能控制系统及其方法。

背景技术

[0002] 为贯彻落实“十二五”节能减排总体部署和国务院关于农村水电增效扩容的指示，新时期以信息化、自动化、互动化为特征的新一代水电站增效扩容工作已经全面推进，标志着中小型水电站自动化系统迈向了智能化的发展方向。中小型水电站作为智能电网中的重要绿色能源，全面推进水电增效扩容、提升自动化信息化水平，必将在促进节能减排、消除安全隐患、改善河流生态、服务“三农”和促进地方社会经济发展等方面发挥重要作用。

[0003] 尽管中小水电站的自动化建设已能初步实现了微机保护与PLC为特征的自动控制系统，数据采集、传输、处理模式以电缆硬节点方式或现场总线技术的主从通信方式进行，设备之间不能直接通信，信息必须重复采集，无法实现信息共享，不能协同调节控制，需要进行反复调节，造成发电的不稳定。水电站整个系统的信息交换和通讯多采用电缆传输信号，信息传输效率低下。由于无法对水电站内的LCU运行参数进行实时在线监测，水电站只能定期进行停机检修，造成水资源的巨大浪费。这些不足都与水电站智能化、信息化、自动化、互动化的要求相距甚远。进而如何发展中小水电站智能化系统是一个亟待解决的问题。

发明内容

[0004] 本发明针对现有技术的不足，提出一种由无线传感器网和工业以太网共同构成全站统一信息平台，实现智能水电站控制系统的顺序逻辑控制及同步连锁调节控制功能的中小型水电站智能控制系统。具体技术方案如下：

[0005] 一种中小型水电站智能控制系统及其方法，设置有远控层、站控层、至少一个单台机组控制层，其中所述单台机组控制层设置有LCU层和传感器层，所述LCU层由至少两个功能LCU控制器组成，每个该功能LCU控制器的输入端分别连接传感器组，该传感器组组成所述传感器层，所述功能LCU控制器间采用EtherCAT实时以太网组网，组成所述LCU层，所述站控层的第一通信端与所述EtherCAT实时以太网连接，第二通信端与所述远控层连接；

[0006] 所述中小型水电站智能控制系统的控制方法为采用发布/订阅机制建立全站统一信息平台，具体为：

[0007] 信号检测，水头信号H、各机组流量信号Qi、来自机组辅机设备LCU水位传感器、流量传感器采集的信号，并实时向订阅者发布；各机组当前出力信号Ni来自机组保护控制LCU保护测控装置采集机端电流电压计算的结果，并实时向订阅者发布；各机组当前的进水阀开度ki来自水工控制LCU的进水阀开度传感器实时检测，并实时向订阅者发布；开度大小决定了该机组能发出有功Pi的值。全站各机组当前总发电量有功NΣ信号由线路变压器控制LCU智能单元实时采集线路侧电流电压计算的结果，并实时向订阅者发布；

[0008] 参数给定，电网要求电站的总计划有功PQ的发电量，调度端运行曲线的控制，由上级调度向各个水电站订阅者发布；各机组发电效率ηi其倒数为单位耗水量qi(由制造厂家提供)，根据水位及功率可监测修正，随机组基本信息向各订阅者发布；各组出力范围Rk(i)由制造厂家提供，随机组基本信息向各订阅者发布。各机组的阀门开度kiL的上下限值决定了该机组发出有功PL的上下限值，随机组基本信息向各订阅者发布。

[0009] 具体步骤为：

[0010] 一、将每个所述功能LCU控制器作为发布和订阅者；

[0011] 二、建立消息模型，消息由一个属性集合{A1，A2，…An}组成，每个属性由一个三元组(data type，attribute name，value)，data type表示属性的数据类型，包括int，bool，float，string。attribute name表示属性的名称，它是一个字符串，value表示属性的量值，其值域是该属性能表示的范围。事件可表示：Event＝U{attribute}；

[0012] 三、确定发布/订阅语言，由一个属性约束组合{C1，C2…Cn}构成，约束是一个无状态的布尔表达式，表示为type、attribute、operator、value，Type表示该约束的数据类型，attribute表示该约束所针对的属性的名称，operator是数据类型所对应的测试操作符，包括>、<、＝、≥、≤，发布/订阅语言可分别表示为Distribute/Subscription＝U{constraint}；

[0013] 四、数据匹配算法为采用基于内容的发布/订阅系统的匹配算法，将所有的订阅集中，充分利用订阅间的共同成分，整合成一个数据拓扑结构，并将这些数据拓扑结构建立索引，尽量降低匹配算法的空间复杂度和时间复杂度，

[0014] 定义订阅阈值规则描述某订阅者需求数据项的阈值规则，用f表示，f是一个四元约束组合{Ma，L，H，Mb}，其中Ma表示小于Ma的值，L，H表示合法区间值，Mb表示大于Mb的值，[0015] F(Ei)＝{f1(E1),f2(E2),…,fn(En)}

[0016] Ei＝{A1,A2,…,An}

[0017] fi(Ei)＝{C1A1,C2A2,…,CnAn}表示对整个消息Ei计算匹配阈值，

[0018] 将所有的订阅分解为约束集合，去除重复的约束，将这些约束组织成一个多维索引结构，按照其数据类型(type)、属性名称(name)、比较符(operator)逐级建立索引，每一个最终索引项是一个约束列表。

[0019] 本发明能满足中小水电站智能控制系统安全性、可靠性、互操作性、开放性、可扩充性和使用灵活性的需求；利用订阅/发布机制使各控制LCU能同步实现设备间信息共享，使各设备不依赖主站就能相互通信，消除信息“孤岛”；在设备旁设置无线传感元件监测设备的转速、温度、水位，流量，振动、开度等非电气量，上传至上级控制LCU，形成面向对象的信息结构化数据库；依托LCU设备间的高效实时通信，形成全站统一信息通信平台实时共享各传感器采集的数据；LCU层直接负责处理数据，能协同高效完成全站自动发电控制(AGC)、自动电压控制(AVC)、自动开停机等操作；另外，这也将实现协同联动的调节控制策略、在线监测、远程诊断及技术服务的高级应用功能,在水电站自动化的关键技术和装备技术上实现重大突破和广泛应用。

[0020] 为更好的实现本发明，可进一步为：

[0021] 所述功能LCU控制器设置有单片机，该单片机的信号采集端经zigbee通信芯片与对应的传感器组连接，通信端与通信处理芯片相连，同步端与GPS同步时钟芯片相连。数据采集的过程是由数据自动产生程序控制，由传感器采集转速、温度、水位，流量，振动、开度等非电气量，然后将采集的信号传送至ZigBee通信芯片转换成数模信号，并在LCU内部的单片机完成数据处理，之后传输至EtherCAT实时以太网，数据分发过程是由通信处理芯片ET1100负责按照发布/订阅机制向系统中的LCU层提供消息的发布、订阅、退订和通知服务，[0022] 所述功能LCU控制器分别为机组控制LCU、机组保护控制LCU、水工控制LCU、机组辅助控制LCU和线路变压器控制LCU。

[0023] 所述单台机组控制层为两个以上时及控制多台发电机组时，控制策略为：

[0024] (1)各机组效率ηi及流量微增率qi的计算：

[0025] ηi＝102N/HtQγ

[0026] 式中γ—水的重度，

[0027] (2)发电机出力N，出力N由三相功率表测得，

[0028] (3)水轮机水头Ht，

[0029] (4)机组工作流量Q，

[0030] 在工程上，通常把在某一水头电厂水轮发电机组发出的单位功率(1KW)在单位时间(1s)内所消耗的水量叫做流量微增率，即

[0031]

[0032] 由于效率与流量微增率互为倒数，即 可以通过流量微增率q0求取机组效率η，

[0033] 设电厂总负荷为N，选定某n台机组共同完成这一生产任务，当机组台数n固定时，机组之间是按流量微增率相等的原则分配负荷的，将各机组在各个水头下流量微增率q0逐点列表，记忆到各机组控制LCU的存储器中，在某一水头H下通过查表计算，各台机组总有一个出力值Ni对应的流量微增率是相等的，从而实现各台机组的负荷最优分配。

[0034] 站控层的主要功能是对站内一次设备的运行情况进行可视化呈现，并形成报表。站控层内配备计算机以供技术人员不必下现场就能完成自动停机、负荷调整等操作。远控层的主要功能是实现技术人员远程控制水电站内各设备运行，能快速有效完成远程诊断及技术服务功能，能完成无人值守的要求。

[0035] 本发明的有益效果为：本系统利用基于物联网的ZigBee无线通信技术及工业以太网EtherCAT技术，建立一种全站统一信息通信平台，以实现智能水电站控制系统的顺序逻辑控制及同步连锁调节控制功能，满足中小水电站智能控制系统安全性、可靠性、互操作性、开放性、可扩充性和使用灵活性的需求；利用订阅/发布机制使各控制LCU能同步实现设备间信息共享，使各设备不依赖主站就能相互通信，消除信息“孤岛”；在设备旁设置无线传感元件监测设备的转速、温度、水位，流量，振动、开度等非电气量，上传至上级控制LCU，形成面向对象的信息结构化数据库；依托LCU设备间的高效实时通信，形成全站统一信息通信平台实时共享各传感器采集的数据；LCU层直接负责处理数据，能协同高效完成全站自动发电控制(AGC)、自动电压控制(AVC)、自动开停机等操作；另外，这也将实现协同联动的调节控制策略、在线监测、远程诊断及技术服务的高级应用功能,在水电站自动化的关键技术和装备技术上实现重大突破和广泛应用。采用所述控制策略，本系统的LCU能提高采集信息传输效率，通过全站统一信息通信平台对中小型水电站(甚至梯级电站或整个流域)进行同步自动发电机控制和自动电压控制，避免装置的返复调节。运行人员也可根据全站统一信息通信平台的综合分析结果，及时作出决策，实时调整全站运行状态，从而实现全站运行的安全性、稳定性。

附图说明

[0036] 图1为本发明的结构示意图；

[0037] 图2为本发明中传感器的安装示意图；

[0038] 图3为本发明中发布/订阅机制的数据结构图；

[0039] 图4为本发明中全站统一信息平台系统结构图；

[0040] 图5为本发明中功能LCU控制器数据采集过程示意图。

具体实施方式

[0041] 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

[0042] 如图1所示：一种中小型水电站智能控制系统及其方法，设置有远控层、站控层、一个单台机组控制层，其中所述单台机组控制层设置有LCU层和传感器层，所述LCU层由机组控制LCU、机组保护控制LCU、水工控制LCU、机组辅助控制LCU和线路变压器控制LCU五个功能LCU控制器组成，其中在机组控制LCU的输入端通过ZigBee无线通信方式连接有振动传感器、励磁电流传感器、转速传感器和导叶开度传感器，在机组保护控制LCU的控制端通过ZigBee无线通信方式连接有定子电流传感器、转子电流传感器和第一智能电度计算器，水工控制LCU的输入端通过ZigBee无线通信连接有闸门开度传感器、进水阀门开度传感器、尾水阀开度传感器和旁通阀开度传感器，机组辅助控制LCU的输入端通过ZigBee无线通信连接有温度传感器、油压传感器和水位传感器，线路变压器控制LCU的输入端通过ZigBee无线通信连接有油温传感器、断路器传感器和第二智能电度计量器，上述传感器共同组成传感器层，所述五个功能LCU控制器间采用EtherCAT实时以太网组网，组成所述LCU层，所述站控层的第一通信端与所述EtherCAT实时以太网连接，第二通信端与所述远控层连接；

[0043] 本发明中ZigBee无线通信技术主要应用在短距离范围之内并且数据传输速率不高的各种电子设备之间。Zigbee使用2.4GHz波段，采用跳频技术。与采用同频段的蓝牙技术相比，ZigBee具有功耗低、成本低、网络容量大等特点，其有效覆盖范围达到10～75m之间。另外，它可与254个节点联网，应用在水利电力领域，能解决电缆耗用过多、电磁环境复杂、成本投资等问题。

[0044] 本系统中的ZigBee无线传感网络是由一组与被控设备集成的传感器以对等、自组织方式组成。其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域内被控设备的信号,并对这些数据进行处理,获得详尽而且准确的信息,最终将处理结果传送到需要这些信息的LCU。其优点有：(1)被控设备的安装位置条件差，以无线方式进行传输将减少线缆的铺设；(2)避免被控设备相关信号的重复采集，各传感器将作为无线通信节点直接相互通信；(3)当某传感器出现故障，数据传输将自动选择传输路径，提升通信可靠性。

[0045] 本发明中工业以太网EtherCAT技术主要应用在要求高实时性、高速度、高有效数据率的各种设备间的通信。EtherCAT工业以太网技术能实现在每秒100Mbps的速率下传输44-1498字节的数据，并且延时仅有100ns左右。这将克服现场总线技术的传输速度慢、传输能力不足等问题；另外，该网络拓扑结构的灵活性将最优化利用设备的通信资源，实现设备间功能同步联动。本发明中的EtherCAT实时以太网是由一组LCU以广域数据共享拓扑结构配置。其目的是使LCU间能直接交换信息，实时、可靠地传输数据。其优点是：(1)EtherCAT实时以太网能实现确定性通信，通过GPS定时器准确控制LCU进行同步调节，延时仅几百纳秒；
(2)EtherCAT实时以太网的拓扑结构灵活，不需设置路由器就能实现LCU间的通信；(3)EtherCAT实时以太网的通信介质种类丰富，包含电以太网、光以太网、同轴电缆。

[0046] 本发明的控制方法为：采用发布/订阅机制是以数据为中心，增强通信对象间信息共享与协同能力，进而提高信息质量以及共享态势晓知质量。其主要应用于对象确定性通信的领域。发布/订阅机制一般由发布者、订阅者和消息通知服务组成；发布者和订阅者分别是对发布消息和订阅消息的对象的统称,消息通知服务即通常意义上的发布/订阅有效通信方式。具体步骤为：

[0047] 一、全站统一信息平台则采用订阅/发布机制，各LCU作为发布者和订阅者，都设置对应的数据类型，并从EtherCAT实时以太网中上传/接收数据，以确定性通信的方式协同高效完成全站自动发电控制(AGC)、自动电压控制(AVC)、自动开停机等功能。

[0048] 二、建立消息模型

[0049] 建立合适的消息模型与订阅语言，以满足模型复杂度和语言灵活性的要求。消息是由一个属性集合{A1，A2，…An}组成。每个属性是由一个三元组(data type，attribute name，value)。data type表示属性的数据类型，包括int，bool，float，string。attribute name表示属性的名称，它是一个字符串。value表示属性的量值，其值域是该属性能表示的范围。事件可表示：Event＝U{attribute}。

[0050] 三、确定发布/订阅语言

[0051] 发布/订阅语言由一个属性约束组合{C1，C2…Cn}构成。约束是一个无状态的布尔表达式，表示为(type，attribute，operator，value)。Type表示该约束的数据类型；attribute表示该约束所针对的属性的名称；operator是数据类型所对应的测试操作符，包括>，<，＝，≥，≤。发布/订阅语言可分别表示为Distribute/Subscription＝U{constraint}。

[0052] 四、数据匹配算法

[0053] 如图3所示，数据匹配算法负责如何快速找到与消息通知发布登记表上相匹配的订阅。本发明采用基于内容的发布/订阅系统的匹配算法，将所有的订阅集中，充分利用订阅间的共同成分，整合成一个数据拓扑结构，并将这些数据拓扑结构建立索引，尽量降低匹配算法的空间复杂度和时间复杂度。

[0054] 定义订阅阈值规则描述某订阅者需求数据项的阈值规则，用f表示。f是一个四元约束组合{Ma，L，H，Mb}，其中Ma表示小于Ma的值，L，H表示合法区间值，Mb表示大于Mb的值。

[0055] F(Ei)＝{f1(E1),f2(E2),…,fn(En)}

[0056] Ei＝{A1,A2,…,An}

[0057] fi(Ei)＝{C1A1,C2A2,…,CnAn}表示对整个消息Ei计算匹配阈值。

[0058] 将所有的订阅分解为约束集合，去除重复的约束，将这些约束组织成一个多维索引结构，按照其数据类型(type)、属性名称(name)、比较符(operator)逐级建立索引，每一个最终索引项是一个约束列表。此约束列表就为消息通知发布登记表。

[0059] 系统中的订阅都是在动态变化的，发布者频繁地发布事件的同时，订阅者也在不停地注册订阅。然而每一次发布/订阅的匹配成功，都以消息属性与约束条件的成功配对作为匹配完成的标志。通过判断订阅的约束属性Total与匹配成功的数目Count是否相等,相等且类型匹配成功，则事件一与该订阅匹配成功。

[0060] 如图4所示，全站统一信息平台是由ZigBee无线传感网和EtherCAT实时以太网共同构成，并用发布/订阅机制进行通信管理。将全站统一信息平台分为网络层、通信管理层和功能应用层。

[0061] 网络层包括ZigBee无线传感网和EtherCAT实时以太网。ZigBee无线传感网主要负责信号的采集和转换；EtherCAT实时以太网则负责数据传输。

[0062] 通信管理层包括多数据流处理模块和多数据流均衡模块，主要负责管理网络层传输的数据。多数据流处理模块读取数据流，然后将数据按照排序整理及抽取，之后处理数据；多数据流均衡模块将多数据流处理模块得到的各组数据,按照发布/订阅机制进行消息的分发和存储。

[0063] 功能应用层主要指通过站控设备和远控设备对站内被控设备进行控制的方法，包括数据采集与分发、设备状态监测、自动开停机、负荷调整和远程技术服务等。

[0064] 关键功能描述

[0065] 系统的关键功能主要分为以为几部分：数据采集与分发、设备状态监测、自动开停机和远程技术服务。

[0066] 数据采集与分发

[0067] 如图5所示，数据采集的过程是由数据自动产生程序控制，由传感器采集转速、温度、水位，流量，振动、开度等非电气量，然后将采集的信号传送至ZigBee通信芯片转换成数模信号，并在LCU内部的单片机完成数据处理，之后传输至EtherCAT实时以太网。

[0068] 由传感器采集的非电气量虽然便于传送，但是考虑到水电站内设备工作环境的复杂，其对干扰信号很敏感，容易使传送中的信号发生畸变，往往需要先在zigbee通信芯片内做零漂修正、数字滤波后等处理，之后再将数模信号传送至LCU内部处理单元完成数据处理。值得注意的是LCU内单片机的数据来源既包括本身LCU传感器的采集，也包括ethercat实时以太网传送而来的其他LCU采集数据。

[0069] 数据分发过程是由通信处理芯片ET1100负责按照发布/订阅机制向系统中的LCU层提供消息的发布、订阅、退订和通知服务；

[0070] 订阅管理负责管理LCU层发布的订阅，主要包括订阅的转换、订阅的插入和删除；消息管理负责消息的转换；通信网络管理负责对EtherCAT实时以太网的确定性访问机制管理，主要包括网络启动、网络中节点的插入和删除等；LCU管理负责管理连接到EtherCAT实时以太网并注册订阅的LCU，当系统发送消息时,由LCU管理通知订阅此消息的LCU，并准许调用相应的消息；发布管理主要负责管理LCU层发布的消息，形成消息通知发布登记表，各LCU可依据此表完成订阅。

[0071] 数据采集与分发过程从时间上来看是同步的，从空间上来看是分布的。因此，从根本上说，可以将这样的数据采集与分发看成是统一体，是整个中小型水电站智能系统的核心。

[0072] 设备状态监测与分析诊断

[0073] 本系统中ZigBee无线传感网并不将机组全部的状态都纳入测量范围内，而是仅测量其中的机组转速、定子电流、转子电流、励磁电流、导叶开度、机组振动、和发电的有功和无功等关键状态变量，其设置传感器分布如图2。通过LCU内的嵌入式系统对这些变量整合、分析与比较，形成机组7项状态内容的监测，设立设备状态监测功能。

[0074] 由传感器和人的感官所获取的信息往往特征不明显，很难直接进行分析诊断。本系统依据设备状态监测功能所提供的反映设备运行状态的特征参数的变化情况，或者进一步与某些故障特征参数进行比较，以识别设备是否处于故障状态。如果存在故障，系统将诊断故障的性质和程度，产生原因和定位故障位置，并预测设备的性能和故障发展趋势。

[0075] 在所述单台机组控制层为两个单台机组以上时及控制多台发电机组时，按水位发电经济运行控制模块通过订阅上述参数给定信息及实时检测信息，通过下述运算分配各机组的有功、无功调节策略，将有功增量的分配的结果发布给各机组的机组控制LCU再转发给进水阀开度调节控制器，将无功增量的分配的结果发布给各机组的水工控制LCU再转发给励磁调节器，具体计算策略为：

[0076] (1)各机组效率ηi及流量微增率qi的计算：

[0077] ηi＝102N/HtQγ

[0078] 式中γ为水的重度，

[0079] (2)发电机出力N，出力N由三相功率表测得，

[0080] (3)水轮机水头Ht，

[0081] (4)机组工作流量Q，

[0082] 在工程上，通常把在某一水头电厂水轮发电机组发出的单位功率(1KW)在单位时间(1s)内所消耗的水量叫做流量微增率，即

[0083]

[0084] 由于效率与流量微增率互为倒数，即 可以通过流量微增率q0求取机组效率η，

[0085] 设电厂总负荷为N，选定某n台机组共同完成这一生产任务，当机组台数n固定时，机组之间是按流量微增率相等的原则分配负荷的，将各机组在各个水头下流量微增率q0逐点列表，记忆到各机组控制LCU的存储器中，在某一水头H下通过查表计算，各台机组总有一个出力值Ni对应的流量微增率是相等的，从而实现各台机组的负荷最优分配。两台机组的流量微增率曲线的交点a1是满足 的工作点，这个交点对于两条曲线的横坐标即是这两台机组优化运行时，各自所承担的负荷值N1*和N2*。

[0086] 在电站负荷增加到N’时，只须将曲线 (N2)向右平移到新的原点O3,同时保持O1和O3的距离与N’相等，从而可求得两曲线新的交点为a2，a2正是电厂在负荷为N’时两台机组新的最优负荷分配工况点。