基于引進仿真支撐軟件APROS的電站仿真培訓系統(tǒng)

1、基于引進仿真支撐軟件APROS的電站仿真培訓系統(tǒng)目前，我國火電機組正向著大容量、高參數(shù)方向開展，機組的自動控制程度越來越高，控制技術(shù)日益復雜。為確保機組運行的平安性及經(jīng)濟性，對運行人員的純熟操作和事故處理才能以及管理人員的監(jiān)控管理程度都有了更高的要求。因此，針對詳細機組開發(fā)1:1全范圍仿真培訓系統(tǒng)，以培訓新的運行人員和輪訓在職人員顯得越來越重要。一、仿真支撐軟件aprs仿真支撐軟件是為模型軟件的開發(fā)、調(diào)試、維護和實時運行提供的一個環(huán)境。西安熱工研究院在國內(nèi)首次引進目前國際上先進的應(yīng)用于熱力系統(tǒng)工程分析的仿真支撐軟件芬蘭vtt和frtu公司的aprs軟件。軟件基于inds操作系統(tǒng)，兼顧仿真工程開

2、發(fā)與實時運行環(huán)境，具有可視化、在線交互、圖形化建模功能，且建模過程靈敏、方便;可在線監(jiān)視和修改模型程序的實時運行數(shù)據(jù)，集機組設(shè)備建模、熱力系統(tǒng)流體網(wǎng)絡(luò)建模、電氣系統(tǒng)建模、控制系統(tǒng)建模為一體。該仿真支撐軟件在完全根據(jù)能量、質(zhì)量和動量守衡原理根底上，提供了豐富的面向火電機組主要設(shè)備和部件的全物理過程工程模塊，如:各種換熱器、汽包、罐、管道、閥門、汽缸、汽輪機轉(zhuǎn)子、凝汽器、風機、泵、發(fā)電機、變壓器、斷路器及各種執(zhí)行機構(gòu)和控制器等(模塊圖符例如見圖1。)此外，還提供了通用的邏輯算法和根本算法模塊。在建模過程中根據(jù)機、爐、電工藝過程，選擇相應(yīng)的模塊進展組態(tài)，進展模塊參數(shù)設(shè)置及模塊之間的連接即可完成數(shù)學模

3、型的建立;一個分系統(tǒng)或子系統(tǒng)，可以由一定數(shù)量的模塊集合而成，假設(shè)干個分系統(tǒng)組合連接起來，即可形成一個完好的仿真對象。圖2給出了鍋爐汽水別離器系統(tǒng)的組態(tài)。根據(jù)火電機組的詳細系統(tǒng)，仿真模型應(yīng)用軟件分為:鍋爐模型軟件、汽機模型軟件、電氣模型軟件和控制系統(tǒng)模型軟件。為使所建模型軟件既能反映系統(tǒng)的物理特征、幾何特征和邏輯特性，又能反映系統(tǒng)的靜態(tài)特性和動態(tài)特性，真實地再現(xiàn)系統(tǒng)的實際過程，就要求保證仿真模型的高精度、高逼真度。因此，在充分理解仿真支撐軟件的原理和用法前提下，需要從實際機組搜集大量資料和數(shù)據(jù)，并且對這些資料和數(shù)據(jù)進展分析、比較和挑選，使模塊所選參數(shù)盡可能合理，以及仿真模型描繪的仿真對象的物理過

4、程盡可能符合現(xiàn)場實際，各個細節(jié)都必需以被仿真機組的設(shè)計和運行數(shù)據(jù)為根據(jù)?？刂葡到y(tǒng)建模那么根據(jù)現(xiàn)場ds的saa圖、邏輯圖和組態(tài)圖，經(jīng)過分析整理，采用支撐軟件的根本算法模塊進展組態(tài)，完成與實際控制系統(tǒng)一樣的功能，包括模擬量控制系統(tǒng)、順序控制系統(tǒng)、邏輯控制系統(tǒng)等。為使建立的仿真數(shù)學模型可以涵蓋機組的各種工況，完好地描繪整個機組動態(tài)和靜態(tài)全過程，對于支撐軟件現(xiàn)有模塊沒有直接描繪的物理現(xiàn)象，如各種轉(zhuǎn)動機械的軸承金屬溫度、汽機振動、差脹等，首先將它們的實際過程進展合理簡化，建立有效、合理且精度足夠高的數(shù)學模型，然后用仿真支撐軟件根本算法模塊或利用其開放的外接模塊功能來實現(xiàn)。該仿真支撐軟件在圖形建模環(huán)境下，

5、具備在線修改模型功能，并可立即得到修改后的結(jié)果。在模型開發(fā)調(diào)試過程中，要對每次仿真過程反映的現(xiàn)象進展綜合分析，改進后再進展仿真運算，如此反復，直到模型的運算結(jié)果正確，可以準確反映被仿真對象的物理過程。在模型調(diào)試過程中，可以控制模型的計算步長(一般情況下為100s)及計算速度，同時在正常運行時，只有被激活的模塊參與過程運算，如需要排除故障或只運行假設(shè)干子系統(tǒng)，可將不參與運算的模塊或子系統(tǒng)退出模擬而作為邊界條件，以進步模型軟件組態(tài)和調(diào)試的效率。二、開發(fā)300機組全范圍仿真培訓系統(tǒng)2.1特點(1)全范圍、全過程、連續(xù)性仿真。鍋爐系統(tǒng)包括鍋爐本體、燃燒與風煙系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)、燃煤制粉系統(tǒng)、點火燃油系統(tǒng)和

6、輔機系統(tǒng);汽機系統(tǒng)包括汽機本體、凝汽與循環(huán)水系統(tǒng)、回熱與疏水系統(tǒng)、除氧與給水系統(tǒng)、旁路系統(tǒng)、輔助蒸汽系統(tǒng)、軸封系統(tǒng)及油系統(tǒng)、發(fā)電機冷卻系統(tǒng);電氣系統(tǒng)包括發(fā)電機本體、主變壓器、勵磁系統(tǒng)、廠用電及其快切系統(tǒng)、繼電保護系統(tǒng)、啟動變壓器系統(tǒng)、6kv系統(tǒng)及動力、400v系統(tǒng)及主要動力；控制系統(tǒng)包括監(jiān)控系統(tǒng)(das)、順序控制及聯(lián)鎖保護系統(tǒng)(ss)、燃燒器管理系統(tǒng)(fsss)、其它單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)及電調(diào)系統(tǒng)(deh/eh)、旁路控制系統(tǒng)(bps)。(2)ds操作站rt顯示畫面，各參數(shù)更新及報警均感覺不到時間延遲，與實際機組反響一致。(3)仿真模型和實際機組的主要參數(shù)在特定工況下其動靜態(tài)誤差控制在允許范圍以內(nèi)

7、。(4)各種起停過程的仿真現(xiàn)象和動態(tài)參數(shù)與實際機組根本一致，符合運行規(guī)程要求。(5)故障仿真的現(xiàn)象和原因正確，故障發(fā)生過程與現(xiàn)場實際機組一致。(6)運行人員考核評分功能先進合理。(7)具有虛擬盤臺操作畫面。2.2硬件配置仿真系統(tǒng)計算機設(shè)備是仿真系統(tǒng)支撐軟件和模型軟件的運行環(huán)境，為滿足仿真機的可靠性、實時性和穩(wěn)定性，以及滿足通訊速度的要求，所有主機采用容量大、速度快、工作穩(wěn)定的dell計算機。采用in-ds2000操作系統(tǒng)和標準tp/ip網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，裝備的鼠標、專用鍵盤、硬手操器的功能與實際機組的一致，硬件系統(tǒng)工作穩(wěn)定，響應(yīng)速度快。其主要包括6套操作員站(其中1套為deh操作員站)，1套教練員

8、站、l臺is24通道的100交換機和立盤(配套有水位計、純平火焰及水位監(jiān)視器、報警光字牌、操作表計)等。2.3軟件組成(1)仿真系統(tǒng)計算機操作系統(tǒng)均采用實時、多任務(wù)、多用戶、全中文界面的inds2000操作系統(tǒng)。(2)在國內(nèi)首次采用應(yīng)用于中小系統(tǒng)的全中文工業(yè)通用組態(tài)軟件?組態(tài)王6.02?，開發(fā)了大型機組ds人機界面應(yīng)用軟件操作員站應(yīng)用軟件;采用基于微機網(wǎng)絡(luò)化的開發(fā)技術(shù)，解決了進口仿真支撐軟件與人機界面軟件的通訊接口問題。(3)先進的仿真支撐軟件及在此根底上開發(fā)的控制系統(tǒng)及機、爐、電過程模型應(yīng)用軟件。(4)教練員站控制軟件及i/接口軟件采用計算機高級語言編寫。其采集操作盤上的操作信號(轉(zhuǎn)換為數(shù)字

9、量)，并將計算機輸出數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬量和開關(guān)量信號送到操作盤上的儀表和指示燈，同時實現(xiàn)教練員站的各項控制功能。2.4系統(tǒng)功能(l)ds操作員站功能完成實際機組集控室ds操作員站的功能仿真，在每臺操作員站中包括ds的所有顯示畫面和操作界面。所有顯示畫面和操作界面均根據(jù)實際機組ds操作員站的畫面進展1:1的設(shè)計，包括機、爐、電系統(tǒng)大畫面、小操作顯示畫面及實時報警信息顯示窗口，為電廠運行人員提供一個逼真的操作環(huán)境，到達與實際機組操作員站的仿真操作效果。(2)deh/eh操作員站功能仿真系統(tǒng)的deh/eh操作員站完成實際機組集控室deh/eh操作員站的功能仿真。顯示畫面和操作界面均根據(jù)實際機組的deh/

10、eh畫面進展1:1的設(shè)計，包括系統(tǒng)畫面和小操作畫面。deh專用鍵盤可快速調(diào)出流程畫面、實時報警信息顯示窗口及進展模擬量定值數(shù)據(jù)輸入，實現(xiàn)deh硬手操功能。(3)教練員站功能教練員站控制整套仿真機的運行狀態(tài)，指導和監(jiān)視學生的培訓情況，包括工況設(shè)置和故障設(shè)置等;其性能和功能的豐富性也是仿真程度上下的重要標志。該教練員站實現(xiàn)的監(jiān)控功能主要有:1)模型程序的啟動、停頓;2)工況的存儲和讀取;3)任意工況的自動存儲及回退(記錄仿真系統(tǒng)連續(xù)運行數(shù)據(jù)的時間與所選記錄頻率有關(guān));4)機、爐、電常見故障的設(shè)置和取消;5)仿真模型實時、快速、慢速運行功能:6)外部環(huán)境參數(shù)的修改;7)運行人員操作自動考核評分功能。

11、2.5仿真培訓系統(tǒng)開發(fā)實例西安熱工研究院在引進、消化、吸收國際先進仿真支撐軟件aprs根底上，根據(jù)菏澤發(fā)電廠300機組的設(shè)計資料和設(shè)備制造資料及現(xiàn)場實際的運行數(shù)據(jù)，對機、爐、電本體和輔助系統(tǒng)及控制系統(tǒng)進展全范圍、全過程仿真。建立的仿真數(shù)學模型是面向?qū)ο蟮臋C理性模型，可以涵蓋機組的各種工況，并能實現(xiàn)機、爐、電各項故障模擬，同時利用國內(nèi)較經(jīng)濟的界面組態(tài)軟件進展技術(shù)再開發(fā)，替代國外界面組態(tài)軟件和教練員站組態(tài)軟件，節(jié)省了工程本錢，實現(xiàn)了ds及deh操作員站功能的1:1仿真。此外，還自主開發(fā)了教練員站各項功能。菏澤發(fā)電廠300機組已投入商業(yè)運行，因此對仿真系統(tǒng)的仿真范圍、仿真精度和逼真度方面要求很高，同

12、時由于實際機組ds由英國abb公司設(shè)計，功能繁瑣，控制邏輯與畫面的制作與國內(nèi)常規(guī)的設(shè)計思想不一致，使得仿真控制模型與主體模型數(shù)據(jù)通訊量較大。然而在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)配置和應(yīng)用軟件開發(fā)過程中已成功地解決了數(shù)據(jù)通訊量大影響模型計算實時性這一技術(shù)難題。三、超臨界及超超臨界機組仿真培訓系統(tǒng)的研發(fā)目前國內(nèi)尚無投入運行的超超臨界機組，正在建立的超臨界機組也較少，對超臨界及超超臨界機組的運行經(jīng)歷很少。與常規(guī)機組相比，超臨界機組、超超臨界機組的運行參數(shù)高，部件材質(zhì)差異大，輔助系統(tǒng)更為復雜，其運行方式與常規(guī)機組也有較大的不同。研發(fā)高逼真度、全范圍超臨界及超超臨界機組仿真系統(tǒng)，重點研究超臨界和超超臨界機組運行技術(shù)，對進步超

13、臨界及超超臨界機組運行的平安性和經(jīng)濟性至關(guān)重要。為使超臨界及超超臨界機組仿真系統(tǒng)的主要性能指標不遜于同類機組仿真系統(tǒng)的國際程度，使所建立的數(shù)學模型可以更逼真地模擬超臨界及超超臨界機組的動態(tài)運行及各種事故工況，采取了引進、消化、吸收和創(chuàng)新的原那么，在成功開發(fā)300機組仿真系統(tǒng)的根底上，借鑒現(xiàn)代仿真技術(shù)的開展，在計算機硬件配置、仿真軟件開發(fā)環(huán)境、仿真應(yīng)用范圍、仿真數(shù)學模型、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)通訊等方面迸行了研究。超臨界、超超臨界機組仿真系統(tǒng)數(shù)學模型的計算量極其龐大，這對仿真系統(tǒng)的準確性和穩(wěn)定性提出了更高的要求，同時，為了保證仿真系統(tǒng)的實時性，模型計算軟件與仿真界面軟件之間要進展大量的數(shù)據(jù)通訊。因此仿真培訓系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準確性和實時性是超臨界、超超臨界機組仿真系統(tǒng)研發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)之一。搜集國內(nèi)外典型超臨界及超超臨界機組的設(shè)計資料和運行數(shù)據(jù)，并針對示范工程機組的詳細資料，深化研究超臨界及超超臨界機組的靜態(tài)特性和動態(tài)運行特性，開發(fā)高逼真度的仿真數(shù)學模型是超臨界、超超臨界機組仿真系統(tǒng)研發(fā)的技術(shù)難點。四、結(jié)語西安熱工研究院基于仿真支撐軟件aprs開發(fā)的菏澤發(fā)電廠300機組全范圍、全過程仿真系統(tǒng)，在穩(wěn)態(tài)運行指標、