Simulerad nivåreglering av vattenkraftverk

Sammanfattning

Vattenkraften är en viktig del av den svenska elförsörjningen och tillgodoser cirka 45 % av det årliga elbehovet i landet. Vattenkraften utnyttjar höjdskillnaden mellan inflödet och utflödet för att driva turbiner och producera el. I Sverige finns omkring 200 dammar med en fallhöjd större än 15 m och för höga nivåer vid någon av dessa skulle leda till ett dammbrott med omfattande konsekvenser. Ett viktigt område som det investeras mycket i idag är dammsäkerhet vilket går ut på att undvika okontrollerade översvämningar av dammen. Kännedom av fallhöjd och flöde är nödvändiga inom vattenkraft för att kunna beräkna producerad effekt och även vid dimensionering av dammar, vattenvägar och generatorer. Mättningar på inflödet till ett vattendrag anses vara mycket komplicerat och tidskrävande däremot kan utflödet genom utskoven beräknas med matematiska samband. Utskov avser öppningar i dammen som används för att avbörda vatten. Det finns således olika typer av utskov och det som påverkar valen är aspekter som kostnad, väderförhållanden, avbördningsförmåga, etc. För att undvika en möjlig överströmning av en damm dimensioneras ofta utskoven med avseende på vilken mängd vatten de bör avbörda. Ett krav som ofta ställs är att det ska vara möjligt att avbörda en vattendrags högsta vattennivå (HHQ). Några av de mest förekommande varianter av kontrollerade utskov i Sverige är valsdammar, luckdammar och bottenutskov. Nivån i vattenmagasinet mäts upp med hjälp av sensorer som är placerade på olika platser vid dammen och uppmätta höga nivåer leder till att olika larmfunktioner löser ut. Regleringen av vattennivån sker då genom att avbörda vatten på ett kontrollerat sätt genom utskoven. Genom att simulera regleringsprocessen av vattennivån i en virtuell miljö kan olika scenarier som kan uppstå vid magasinhantering testas på ett ekonomiskt sätt och hitta lämpliga reglerstrategier. Simuleringar är också en av de verktyg lyft fram inom industri 4.0 vilket kan bidra till framtidens lösningar inom automatiseringsprojekt. I arbetet studeras de olika beståndsdelar i ett vattenkraftverk och en tilltänkt metod presenteras för skapning av en virtuell modell av nivåregleringsprocessen i Siemens SIMIT, styrning av modellen via en virtuell PLC-enhet och visualisering av processen på en HMI-skärm.