基于引进仿真支撑软件APROS的电站仿真培训系统.docx

1、基于引进仿真支撑软件APROS的电站仿真培训系统基于引进仿真支撑软件APROS的电站仿真培训系统目前，我国火电机组正向着大容量、高参数方向发展，机组的自动控制水平越来越高，控制技术日益复杂。为确保机组运行的安全性及经济性，对运行人员的熟练操作和事故处理能力以及管理人员的监控管理水平都有了更高的要求。因此，针对具体机组开发1:1全范围仿真培训系统，以培训新的运行人员和轮训在职人员显得越来越重要。一、仿真支撑软件APROS仿真支撑软件是为模型软件的开发、调试、维护和实时运行提供的一个环境。西安热工研究院有限公司在国内首次引进目前国际上先进的应用于热力系统工程分析的仿真支撑软件芬兰VTT和FORTU

2、M公司的APROS软件。软件基于Windows操作系统，兼顾仿真工程开发与实时运行环境，具有可视化、在线交互、图形化建模功能，且建模过程灵活、方便;可在线监视和修改模型程序的实时运行数据，集机组设备建模、热力系统流体网络建模、电气系统建模、控制系统建模为一体。该仿真支撑软件在完全依据能量、质量和动量守衡原理基础上，提供了丰富的面向火电机组主要设备和部件的全物理过程工程模块，如:各种换热器、汽包、罐、管道、阀门、汽缸、汽轮机转子、凝汽器、风机、泵、发电机、变压器、断路器及各种执行机构和控制器等(模块图符示例见图1。)此外，还提供了通用的逻辑算法和基本算法模块。在建模过程中根据机、炉、电工艺过程，

3、选择相应的模块进行组态，进行模块参数设置及模块之间的连接即可完成数学模型的建立;一个分系统或子系统，可以由一定数量的模块集合而成，若干个分系统组合连接起来，即可形成一个完整的仿真对象。图2给出了锅炉汽水分离器系统的组态。根据火电机组的具体系统，仿真模型应用软件分为:锅炉模型软件、汽机模型软件、电气模型软件和控制系统模型软件。为使所建模型软件既能反映系统的物理特征、几何特征和逻辑特性，又能反映系统的静态特性和动态特性，真实地再现系统的实际过程，就要求保证仿真模型的高精度、高逼真度。因此，在充分了解仿真支撑软件的原理和用法前提下，需要从实际机组收集大量资料和数据，并且对这些资料和数据进行分析、比较

4、和筛选，使模块所选参数尽可能合理，以及仿真模型描述的仿真对象的物理过程尽可能符合现场实际，各个细节都必需以被仿真机组的设计和运行数据为依据。控制系统建模则依据现场DCS的SAMA图、逻辑图和组态图，经过分析整理，采用支撑软件的基本算法模块进行组态，完成与实际控制系统相同的功能，包括模拟量控制系统、顺序控制系统、逻辑控制系统等。为使建立的仿真数学模型可以涵盖机组的各种工况，完整地描述整个机组动态和静态全过程，对于支撑软件现有模块没有直接描述的物理现象，如各种转动机械的轴承金属温度、汽机振动、差胀等，首先将它们的实际过程进行合理简化，建立有效、合理且精度足够高的数学模型，然后用仿真支撑软件基本算法

5、模块或利用其开放的外接模块功能来实现。该仿真支撑软件在图形建模环境下，具备在线修改模型功能，并可立即得到修改后的结果。在模型开发调试过程中，要对每次仿真过程反映的现象进行综合分析，改进后再进行仿真运算，如此反复，直到模型的运算结果正确，能够准确反映被仿真对象的物理过程。在模型调试过程中，可以控制模型的计算步长(一般情况下为100ms)及计算速度，同时在正常运行时，只有被激活的模块参与过程运算，如需要排除故障或只运行若干子系统，可将不参与运算的模块或子系统退出模拟而作为边界条件，以提高模型软件组态和调试的效率。二、开发300MW机组全范围仿真培训系统特点(1)全范围、全过程、连续性仿真。锅炉系统

6、包括锅炉本体、燃烧与风烟系统、汽水系统、燃煤制粉系统、点火燃油系统和辅机系统;汽机系统包括汽机本体、凝汽与循环水系统、回热与疏水系统、除氧与给水系统、旁路系统、辅助蒸汽系统、轴封系统及油系统、发电机冷却系统;电气系统包括发电机本体、主变压器、励磁系统、厂用电及其快切系统、继电保护系统、启动变压器系统、6kV系统及动力、400V系统及主要动力；控制系统包括监控系统(DAS)、顺序控制及联锁保护系统(SCS)、燃烧器管理系统(FSSS)、其它单回路调节系统及电调系统(DEH/MEH)、旁路控制系统(BPS)。(2)DCS操作站CRT显示画面，各参数更新及报警均感觉不到时间延迟，与实际机组反应一致。

7、(3)仿真模型和实际机组的主要参数在特定工况下其动静态误差控制在允许范围以内。(4)各种起停过程的仿真现象和动态参数与实际机组基本一致，符合运行规程要求。(5)故障仿真的现象和原因正确，故障发生过程与现场实际机组一致。(6)运行人员考核评分功能先进合理。(7)具有虚拟盘台操作画面。硬件配置仿真系统计算机设备是仿真系统支撑软件和模型软件的运行环境，为满足仿真机的可靠性、实时性和稳定性，以及满足通讯速度的要求，所有主机采用容量大、速度快、工作稳定的DELL计算机。采用Win-dows2000操作系统和标准TCP/IP网络通讯协议，配备的鼠标、专用键盘、硬手操器的功能与实际机组的一致，硬件系统工作稳

8、定，响应速度快。其主要包括6套操作员站(其中1套为DEH操作员站)，1套教练员站、l台CISCO24通道的100M交换机和立盘(配套有水位计、纯平火焰及水位监视器、报警光字牌、操作表计)等。软件组成(1)仿真系统计算机操作系统均采用实时、多任务、多用户、全中文界面的Windows2000操作系统。(2)在国内首次采用应用于中小系统的全中文工业通用组态软件组态王，开发了大型机组DCS人机界面应用软件操作员站应用软件;采用基于微机网络化的开发技术，解决了进口仿真支撑软件与人机界面软件的通讯接口问题。(3)先进的仿真支撑软件及在此基础上开发的控制系统及机、炉、电过程模型应用软件。(4)教练员站控制软

9、件及I/O接口软件采用计算机高级语言编写。其采集操作盘上的操作信号(转换为数字量)，并将计算机输出数据转换为模拟量和开关量信号送到操作盘上的仪表和指示灯，同时实现教练员站的各项控制功能。系统功能(l)DCS操作员站功能完成实际机组集控室DCS操作员站的功能仿真，在每台操作员站中包括DCS的所有显示画面和操作界面。所有显示画面和操作界面均根据实际机组DCS操作员站的画面进行1:1的设计，包括机、炉、电系统大画面、小操作显示画面及实时报警信息显示窗口，为电厂运行人员提供一个逼真的操作环境，达到与实际机组操作员站的仿真操作效果。(2)DEH/MEH操作员站功能仿真系统的DEH/MEH操作员站完成实际

10、机组集控室DEH/MEH操作员站的功能仿真。显示画面和操作界面均根据实际机组的DEH/MEH画面进行1:1的设计，包括系统画面和小操作画面。DEH专用键盘可快速调出流程画面、实时报警信息显示窗口及进行模拟量定值数据输入，实现DEH硬手操功能。(3)教练员站功能教练员站控制整套仿真机的运行状态，指导和监视学生的培训情况，包括工况设置和故障设置等;其性能和功能的丰富性也是仿真水平高低的重要标志。该教练员站实现的监控功能主要有:1)模型程序的启动、停止;2)工况的存储和读取;3)任意工况的自动存储及回退(记录仿真系统连续运行数据的时间与所选记录频率有关);4)机、炉、电常见故障的设置和取消;5)仿真

11、模型实时、快速、慢速运行功能:6)外部环境参数的修改;7)运行人员操作自动考核评分功能。仿真培训系统开发实例西安热工研究院有限公司在引进、消化、吸收国际先进仿真支撑软件APROS基础上，依据菏泽发电厂300MW机组的设计资料和设备制造资料及现场实际的运行数据，对机、炉、电本体和辅助系统及控制系统进行全范围、全过程仿真。建立的仿真数学模型是面向对象的机理性模型，可以涵盖机组的各种工况，并能实现机、炉、电各项故障模拟，同时利用国内较经济的界面组态软件进行技术再开发，替代国外界面组态软件和教练员站组态软件，节省了项目成本，实现了DCS及DEH操作员站功能的1:1仿真。此外，还自主开发了教练员站各项功

12、能。菏泽发电厂300MW机组已投入商业运行，因此对仿真系统的仿真范围、仿真精度和逼真度方面要求很高，同时由于实际机组DCS由英国ABB公司设计，功能繁琐，控制逻辑与画面的制作与国内常规的设计思想不一致，使得仿真控制模型与主体模型数据通讯量较大。然而在系统网络配置和应用软件开发过程中已成功地解决了数据通讯量大影响模型计算实时性这一技术难题。三、超临界及超超临界机组仿真培训系统的研发目前国内尚无投入运行的超超临界机组，正在建设的超临界机组也较少，对超临界及超超临界机组的运行经验很少。与常规机组相比，超临界机组、超超临界机组的运行参数高，部件材质差别大，辅助系统更为复杂，其运行方式与常规机组也有较大

13、的不同。研发高逼真度、全范围超临界及超超临界机组仿真系统，重点研究超临界和超超临界机组运行技术，对提高超临界及超超临界机组运行的安全性和经济性至关重要。为使超临界及超超临界机组仿真系统的主要性能指标不逊于同类机组仿真系统的国际水平，使所建立的数学模型能够更逼真地模拟超临界及超超临界机组的动态运行及各种事故工况，采取了引进、消化、吸收和创新的原则，在成功开发300MW机组仿真系统的基础上，借鉴现代仿真技术的发展，在计算机硬件配置、仿真软件开发环境、仿真应用范围、仿真数学模型、数据库、数据通讯等方面迸行了研究。超临界、超超临界机组仿真系统数学模型的计算量极其庞大，这对仿真系统的精确性和稳定性提出了

14、更高的要求，同时，为了保证仿真系统的实时性，模型计算软件与仿真界面软件之间要进行大量的数据通讯。因此仿真培训系统的稳定性、精确性和实时性是超临界、超超临界机组仿真系统研发的关键技术之一。收集国内外典型超临界及超超临界机组的设计资料和运行数据，并针对示范工程机组的详细资料，深入研究超临界及超超临界机组的静态特性和动态运行特性，开发高逼真度的仿真数学模型是超临界、超超临界机组仿真系统研发的技术难点。四、结语西安热工研究院有限公司基于仿真支撑软件APROS开发的菏泽发电厂300MW机组全范围、全过程仿真系统，在稳态运行指标、暂态运行指标、实时性指标、可靠性指标等方面均满足电厂仿真培训要求，已于2003年12月16日通过菏泽发电厂组织的验收。该系统投入运行半年多，为菏泽发电厂及其它发电企业培训300多人次，并且应用该系统进行了两次技术比武。目前西安热工研究院有限公司一方面采用国际先进的仿真技术，另一方面积极借鉴国内外有关方面的成功经验，正在研制开发超临界600MW机组及超超临界1000MW机组仿真系统，以及大型循环化床200MW机组仿真系统，以适应电力技术发展的需要。