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. / Hydropower is an important part of the Swedish electricity supply and meets about 45% of the annual electricity needs in the country. Hydropower uses the height difference between inflow and outflow to power turbines and produces electricity. In Sweden, there are about 200 dams with a drop height greater than 15 m, and too high levels at any of these dams would lead to a dam break with extensive consequences. An important area in which a lot is invested today is dam safety, which is about avoiding uncontrolled flooding of the dam. Knowledge of drop height and water flow is necessary for hydropower to calculate the power produced and when dimensioning dams, waterways, and generators. Saturations on the inflow to a watercourse are very complicated and time-consuming, however, the outflow through the spillway can be calculated with mathematical correlations. Spillways refer to openings in the dam that are used to carry away water volumes. Thus, there are different types of spillways, and what influences the choices are aspects such as cost, weather conditions, etc. To avoid possible flooding of a dam, the spillways are often dimensioned with respect to the amount of water they should carry away. A requirement that is often made is that it must be able to carry away the highest water level (HHQ) of a watercourse.  The level in the water reservoir is measured with the help of sensors that are in different places by the dam and measured high levels lead to different alarm functions being triggered. The regulation of the water level then takes place by carrying away water in a controlled manner through the spillway. By simulating the regulation process of the water level in a virtual environment, different scenarios that can arise during reservoir management can be tested in an economical way and find suitable control strategies. Simulations are also one of the tools highlighted in industry 4.0, which can contribute to future solutions in automation projects. In the work, the various components of a hydropower plant are studied, and an intended method is presented for creating a virtual model of the level control process in Siemens SIMIT, controlling the model via a virtual PLC unit and visualizing the process on an HMI screen.

I denna rapport utreds olika metoder för att kunna reglera vattennivån i vattenkraftverket Avesta Lillfors i Dalarna. Två kraftverk ligger endast 900 m uppströms och detta gör att svarstiderna blir korta och regleringen blir lätt nervös. Att använda sig av vattennivåreglering i ett kraftverk för-enklar dess styrning då anpassning till inflödet sker automatiskt. En flödestabell har tagits fram genom mätningar i turbinen, med hjälp av Winter-Kennedy-metoden. Denna tabell används för att kunna fram-koppla regulatorn och därmed dämpa stora variationer i inflödet. Dessu-tom har en modell av älven skapats och testats med en återkopplad PID-regulator. Utefter dessa tester har lämpliga parametrar tagits fram, som ger önskad stabilitet, noggrannhet och snabbhet. Simuleringar har även gjorts med reglermetoden Fuzzy logic. / This report evaluates different methods to create a stable regulation of the water level in the hydro power plant Avesta Lillfors, in county Dalar-na. Another pair of plants are located just 900 m up the stream, which is why the regulation has to act fast. If the water level can be regulated and automatically adjust to the incoming flow, it facilitates the control of the plant. A flow chart is created from measurements in the turbine, using the Win-ter-Kennedy method. The results are used for feedforward control. A PID-regulator with feedback is also simulated in a model of the river. This helps finding the parameters that provide a stable, accurate and fast regu-lation. Fuzzy logic control has also been simulated.