火电机组仿真机技术在莱钢的应用.pdf

第 l 期 总第 1 7 0期 2 0 1 2年 2月 机 械 工 程 与 自 动 化 MECHANI CAL ENGI NEERI NG AUTOMATI ON No ．1 Fe b ． 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 2 0 1 0 0 3 6 0 2 火电机组仿真机技术在莱钢 的应用 司红波 ，王 珂 ，董 平 ，王 亮 莱芜钢铁集 团有 限公 司 自动化部 ，山东 莱 芜 2 7 1 1 0 4 摘要 探讨 了莱钢 热电厂 2 5 Mw 火电机组仿真机的技术 与应用。仿 真机模拟 对象为 单套 火电机组 ，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 习以及技 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。 关键词仿真机；模型；火电机组 中囤分类号 TM3 1 l T M7 4 3 文献标识码 A 0 引言 随着计算机技术的高速发展和普遍应用 ，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 。根据莱钢热电厂规划 ，为规范安全操作 技能培训 ，适应生产需求 ，我们开发 了对应 1 3 0 t 锅 炉 、2 5 Mw 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 仿真机模拟对象为莱钢股份热 电厂的单套 2 5 MW 火 电机 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。仿真硬件 系统包括l台服务 器主计算机，用于仿真机 网络、数据库管理与模型数 据运行；1台工程师台计算机，完成仿真机软件的维 护、调试 、扩充 、修改；1台教练员 台计算机，用于 运行教练员台软件，可监视和控制所有的仿真模型的 运行；6台操作员站计算机，用于运行 D 操作员站 软件及学 员操作 ；5台就地操 作站 计算 机，对应 机 1台 、炉 水 位 和 火 焰 各 1台、 其 他 1台 、电 1台 现场，用于运行仿 真机就地操作画面、虚拟盘 台等。除工程师台计算机外，所有其他计算机，如教 练员站、D C S操作员站等 ，均可运行仿真机的各种软 件 包括操作站软件、工程师站软件、教练员站软件 等 ，其功能可以互换 ，可以按任意组合方式使用 ，任 意几台操作员站可以组合为一个单元机组进行培训而 不干扰其他机组的培训。同时，仿真机还考虑各个工 艺系统之间联动和响应，在同一预设故障模式下 ，各 操作员站可形成针对发电机、锅炉、发电变电配电各 工艺的联动响应操作模式 。各工艺系统仿真预设故障 模式及组态所涉及 的参数涵盖了各种主要故障模式， 分布均衡、全面，且主要故障容量数达到了 5 0 0个。 参考机组控制室 的布置 ，考虑到必要的操作和显 示，仿真机设置 了 1台大屏 幕投影仪 和 l台投影微 机，用于机组 D C S操 作员站、就地 以及火焰 的 TV 显示等；仿真机 同时配置打印机、声光电仿真设备等 系统 专用 工具 。 仿真主机采用高性能 P C服务器作 为数据库服务 器和实时模型运行服务器，同时也兼作域控制器，以 便对所有本地的计算机进行安全管理 。实时模型服务 器可以使用任何一台在本地局域网内的操作员站或服 务器 ，同时支 持一 机 多模 。 1 ． 2仿 真机 项 目网络 结构 仿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2 4 口交换 机 。图 1为一 机 多模仿 真 机 配置示 意 图 。 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、仿真试运完善 。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L 1 ] 。 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 收稿 日期 2 0 1 1 0 5 - 2 7 l修回 日期 ；2 0 1 卜0 8 - 1 8 作 者简介 司红波 1 9 7 9 一 ， 男 ， 安徽砀 山人 ， 工程师 ． 本科 ， 主要从 事炼铁 区域 自动化控制技术研究工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 2年 第 1 期 司红波 ，等 火电机组仿真机技 术在 莱钢的应用 3 7 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。 图 1一机 多模 仿 真 机 配 置 示 惹 图 基于参考 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 学描述方法 ，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种可能运行工况动态 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 ，也可以运用现在市场上已有的 仿 真软 件 。 在莱钢火电机组仿真机开发过程 中使用 了功能强 大 的支撑软件 D C O S E D i s t r i b u t e d C o mp o n e n t O r i e n t e d S i mu l a t i o n E n v i r o n me n t ，分布式仿真支撑环境 。该软 件提供了包括仿真机设计、研发、运行和维护的全生 命周期管理所需 的功能 ，可运行在Mi c r o s o f t Wi n d o w 2 0 0 0 ／ NT ／ X P环 境 下 [ 2 ] 。D C O S E包 括 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 端的建立及运行四大部分。其中计算机辅助建模系统 App l i c a t i o n o f Th e r m a l Po we r 又包含 5个解决方案 流体 网络自动建模 、控制回路 组态、电气网络 自动建模 、梯形 图建模和一般方式 的 图形组态。操作端组态软件为 D VP l u s ，运行软件为 MO S S ，它提供了构建操作员站软件的工具。 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 ll 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、真 空度下降、凝汽器管道结垢 等[ 3 ] ，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，仿真机的 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，受训人员 可以通过仿真操作控制相应 的仿真故障。 2 ． 4仿 真试运 完善 火电机组仿真机主要用于火电机组运行人员的培 训 ，试运期间对预先设置的边界条件以及新发现的操 作 问题进行 了完善 ，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 外部参数给予了优化设置。 3应 用效 果 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很高的精度，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 ] 康凤举． 现代仿真技术与应用[ M] ． 北京 国防工业出版 社 。 2 0 0 6 ． [ 2 ] 贾 连 兴． 仿真 技术 与 软件 [ M] ． 北京 国防 工业 出版 社 ， 20 06 ． [ 3 ] 韩璞． 刘长良， 李长青． 火电厂仿真机原理及应用[ M] ． 天 津 天津科 学技 术出版社 ， 1 9 9 8 ． Uni t S i m u l a t o r i n La i wu S t e e l Sl Ho ng - boW ANG Ke，DONG Pi n g，W ANG Li a ng Th e Au t o ma t i on De p a r t me n t o f L a i wu I r o n a n d S t e e l Gr o up Co ．，Lt d ．，La i wu 2 7 1 1 0 4，Ch i n a Ab s t r a c t Th i s p a p e r d i s c u s s e s t h e t e c h n o l o g y a n d a p p l i c a t i o n o f 2 5 MW t h e r ma l p o we r u n i t s i mu l a t o r i n La i wu S t e e l Po we r P 1 a n t ． S i mu l a t i o n o b j e c t i s a s e t o f t h e r ma l p o w e r u n i t ． i n c l u d i n g a b o i l e r ， a t u r b i n e g e n e r a t o r ， p o we r d i s t r i b u t i o n a n d c o n t r o 1 s v s t e m． T h e s i mu l a t o r i s ma i n l y a p p l i e d t O s k i l l s t r a i n i n g，wh i c h c a n a c h i e v e a f u l l s i mu l a t i o n o f wo r k i n g c o n d i t i o n s ，wi t h g o o d e fle e t i n s k i l l s t r a i n i n g a n d r e s e a r c h l e a r n i n g ． Ke y wo r d s s i mu l a t o r ；mo d e l ；t h e r ma l p o we r u n i t 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m