摘要：简要分析了华电新疆发电有限公司昌吉热电厂330MW空冷供热机组仿真机的技术与应用，仿真机模拟对象为华电新疆发电有限公司昌吉热电厂#1机组，包括1台锅炉、1台汽轮发电机、发电变电配电及其控制系统，主要用于规范安全操作学习及技能培训，它实现了全工况仿真，具有良好的技能培训与学习效果。
关键词：仿真；330MW空冷供热机组；模型
引言
随着计算机技术的高速发展和普选应用、国内大型电力、石化、化工等企业纷纷建立了自己的仿真培训教学系统，根据昌吉热电厂规划，为规范运行人员安全操作技能培训、适应生产需求，昌吉热电厂和国电南自合作开发了#1机组对应330MWW空冷供热机组的仿真机，并利用仿真机提供的仿真数据对电厂的控制工艺进行优化分析和研究。
1火电仿真机项目
1.1仿真机项目配置
仿真机模拟对象为华电新疆发电有限公司热电厂的2x330MW热电联产工程#1机组，包括1台锅炉、1台汽轮发电机、发电变电配电、控制系统及其附属设备。仿真硬件系统配置一台主服务器，2台指定品牌工程师工作站，8台操作员站，以及与控制系统（DCS和DEH）相匹配的虚拟DPU.操作系统为Microsoft Windows XP SP2，English Version，且应与控制系统的操作软件一致，用于安装虚拟DPU控制软件、系统维护、软件开发及日常培训；教练员台、工程师台、操作员站；1台就地操作台，完成就地显示与操作的系统与设备。操作员站、工程师台、教练员台、就地操作台均采用标准的24英寸（飞利浦240PW9E8）液晶显示器，操作用键盘及鼠标与参考机组一致。
仿真主控室全部监视和操作设备与参考机组基本一致，其差异不影响培训效果。仿真模型全部以物理过程为基础，真实地反映仿真范围内的动、静过程，因此，对运行人员的各种操作，自动控制和保护动作，故障发生后的动态影响能与实际电厂发生的过程相一致。具有先进水平的仿真支撑系统，用户可方便地修改机、炉、电、热及其他辅助控制系统。
为提高主服务器的运算能力，服务器选用了服务器专用的Windows Server 2003操作系统，其整合了教练员站和工程师站的功能，同时进行了电站模型的仿真，故不能与操作员站互换位置。系统配置了专用的虚拟DPU服务器运行虚拟DPU，对控制模型进行仿真。为方便使用DCS现成画面，显示器采用与DCS相同的LCD。
因仿真系统不仅仅是对电站的运行仿真，还担负着培训，试验，分析，验证等功能，因此要求教练员可以对虚拟DPU的运行方式进行控制，包括运行/冻结，保存工况，复位工况，重演等。
1.2仿真机网络结构
传真机的计算机网络采用星型以太网连接，所有计算机连接到一台交换机。图1为仿真机配置示意图。
图1
2仿真机系统的实现
仿真机系统的实现过程可分为4个主要步骤系统建模、仿真建模、仿真调试、仿真应用。要对一个系统或对象实施计算机仿真、首先必须把握系统的基本特征。抓住主要的因素、引入必要的参量，提出合理的假设，进行科学的抽象，分析各参量间的相互关系，选择恰当的数学工具，然后在此基础上建立相应的数学模型、并根据相应的数学或工艺模型进行系统建模，进而对整个生产工艺进行仿真。
仿真机可实现机组从冷态、温态、热态和极热态启动到满负荷的操作以及停机过程，实现全部操作（包括控制盘、操作员站及就地操作员台上的操作）无论是正确的还是错误的，都和参考机组的反映一致。
2.1系统建模
利用各种相关学科的知识，把所抽象出来的系统，用数学表达式描述出来，就是所谓的“数学模型”。这个模型是进行计算机仿真的核心。机组数学模型是指：除控制系统以外的生产流程设备和系统的数学模型。
基于仿真机参考机组的生产工艺流程、系统结构设计、机组设计计算和机组运行数据资料建立机组的数学模型，它以实际物理过程为基础，遵循质量守恒、能量、守恒和动量守恒定律，采用火力发电专业对过程的数学描地方法、少数难以用基本原理建立数学描述的局部系统采用各专业公认的经验公式、拟合函数等方法。机组数学模型应是可反映机组各神可能运行工况动态和静态特性，且能够对火电机组设备及系统全范围和生产全过程进行实时连续地仿真。此外，数学模型应能接受所有的培训操作输入、并计算产生所有参考机组中供监视、控制和其他用途的仿真计算数据输出。
2.2仿真建模
仿真建模就是对上一步抽象出来的数学表达式通过各种适当的算法和计算机语言转换成为计算机能够处理的形式，也就是所谓的“仿真模型”。这个模型是进行计算机仿真的关键。实现这一过程，既可以自行开发一个新的系统，也可以运用现在已有的仿真软件。
在昌吉热电厂330MW空冷供热机组仿真机开发过程中使用了分散控制系统DCS及汽轮机数字电液调节系统DEH进行仿真，DCS采用国电南自TCS-3000，DEH系统采用西屋公司OVATION分散控制系统，系统配套的软件提供了包括仿真化设计、研发、运行和维护的全生命周期管理所需的功能，可运行在Microsoft Window3000/NTXP环境下，实时数据库服务、实时计算引擎、计算机辅助建模系统、操作员终端的建立及运行等。
2.3仿真调试
仿真机调试主要分冷态调试和动态调试两个阶段。首先是对系统建模组态与控制图形操作画面进行冷态调试，这个阶段实现对工艺总体功能操作的仿真，实现参考机组所使用的人机界面功能的仿真，实现运行人员监视使用画面的1：1仿真，操作方式和功能应与参考机组的相同，画面更新操作的响应速度与参考机组相同；第二阶段是进行系统动态仿真，经过动态调试，仿真机可实时地仿真参考机组的设备故障、装置损坏和自动控制功能失灵等异常和事故工况，能仿真程度不同和渐变的故障，如锅炉管道泄漏、背压上升、主要辅机跳闸，发变组主保护动作等，故障的仿真结果能正确反映真实故障过程。仿真故障发生后，仿真机自动态响应应与参考机组相同故障后的动态响应一致与运行经验以及工程分析得到的估计动态响应相符合。对于在参考机组中经操作能够控制的故障，受训人可以通过仿真操作控制相应的仿真故障。
2.4仿真机应用及完善
330MW空冷供热机组仿真机的应用具体实现了以下任务：
1、培训运行人员，能够熟练正确地掌握机组设备在各种条件下的启、停和正常运行中的监视操作技术等。
2、提供正确的故障、事故现象，培训运行人员正确判断故障、事故的应变能力。
3、对运行岗位、值长、集控运行岗位等定期轮训和上岗、晋升前进行实际操作能力和分析判断能力的考核。
4、供机组在各种工况运行中进行运行方式分析、操作方式调整分析和设备系统异动分析，提高安全经济运行能力，制定反事故措施提供验证环境。
5、培训热控人员，可进行机组控制系统的自动调节品质整定及试验、验证和逻辑保护优化验证等操作，并可将此直接应用到运行机组上。
火电机组仿真机主要用于火电电机组运行人员的培训，使用期间应对预先设置的边界条件以及新发现的操作问题进行完善，对于不可控制而又影响机组运行特性的因素（如环境温度、电网频率等）作为仿真的外部参数给予优化设置，对于运行机组技改项目（如引风机改造、机组高背压系统改造、热网扩容等）及时增加于仿真机系统，做好画面更新及系统升级等工作，进而实现1：1的100%仿真效果。
结束语
仿真机的过程模型既满足了仿真的实时性，又反映了过程变化的动态特性，既保证稳态下的计算精度，又适用于全工况范围内的仿真。过程模型严格遵守质量守恒、能量守恒、动量守恒三大定律、在全工况仿真的整个过程中均具有较高的精度，能很好地反映实际对象的动态特性，具有良好的培训效果。
参考文献：
[1]《火电厂仿真机原理及应用》韩璞，刘长良，李长青，天津天津科学技术出版社1998.
[2]《昌吉热电厂分散控制系统仿真机技术协议》国电南自，2010
论文作者:张鑫军
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/8
标签：机组论文; 系统论文; 操作论文; 昌吉论文; 工况论文; 热电厂论文; 控制系统论文; 《电力设备》2017年第34期论文;