1000MW超超临界火电机组仿真平台应用.pdf

第 2 1 卷第 6 期 2 0 1 4 年 1 2 月 仪器仪表用户 NS T RUM E N1 lT1 0N E I C Vo 1 ． 2 1 2 01 4 No ． 6 1 O 0 O MW超超临界火电机组仿真平台应用 李青L ，李健 ，徐浩。 1 ． 华北电力大学 工业过程测控新技术与系统北京市重点实验室，北京 1 0 2 2 0 6 ；2 ． 华北电力大学 控制与计算机工程学 院，北京 1 0 2 2 0 6 ；3 ． 北京 国电龙源环保工程有限公司，北京 1 0 0 0 3 9 摘要 l O O 0 M w超超临界火电机组仿真平台是针对当前我国l 0 0 O M W超超临界火电机组大力发展的现状 ，结合学 校教学实践及科研要求而建立的。该平台可对实际发电机组进行1 l 全范围仿真，可模拟练习机组启停机 、故障处 理 、小指标优化等运行操作，采用由教师讲解演示 ，学生在教师指导下 自 主练习的教学方式，取得了良好的教学成 果。该平台为科研工作提供了有力支持，使科研人员针对大容量机组的创新工作能够得到有效验证 ；使得相关电力 从业人员能够尽快地熟悉掌握百万机组的运行规律和技术。平台适应了不同类型、不同层次学习者的需求，取得了 令人满意 的效果 。 关键词仿真平台；1 O 0 0 M W 超超临界；火电机组；电力实践教学 中图分类号 T P 3 9 1 ． 9 文献标识码 A 文章编 号1 6 7 1 1 0 4 1 2 0 1 4 0 6 0 0 0 8 9 0 3 S i mul a t i e n Pl a t f o r m o f I O 00 M W u l t r a S u pe r c r i t i c a l Th e r ma l Po we r Uni t L i Q i n g 一 ，L i J i a n 。 ，X v Ha o 1 ． B e i j i n g K e y L a b o r a t 0 r y o f N e w T e c h n o l o g y a n d S y s t e m o n Me a s u ri n g a n d C o n t r o l f o r I n d u s t r i a l P r o c e s s ， N o a h C h i n a E l e c t r i c P o w e r U n i v e r s i t y ， B e i j i n g 1 0 2 2 0 6 ， C h i n a ； 2 ． S c h o o l o f C o n t r o l a n d C o m p u t e r E n g i n e e r i n g ， N o r t h C h i n a E l e c t ri c P o w e r U n i v e r s i t y ， B e i j i n g 1 0 2 2 0 6 ， C h i n a ； 3 ． B e i j i n g G u o d i a n L o n gyu a n E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e r i n g C O ． ， L T D ， B e i j i n g 1 0 0 0 3 9 ， C h i n a Abs t r a c t I n v i e w o t t h e r a p i d d e v e l o p me n t o f 1 0 0 0 MW u l t r a s u p e r c r i t i c a l t h e r ma l p o we r u n i t i n o u r c o u n t r y ． s i mu l a t i o n p l a t f o rm o f 1 O o 0 MW u l t r a s u p e r c r i t i c a l t h e r ma l p o we r u n i t i S e s t a b l i s h e d c o mb i n i n g wi t h t h e p r a c t i c e t e a c h i n g o f p o we r a n d r e s e a r c h r e q u i r e me n t s ． T h e p[a t f o rm w h i c h r e a l i z e s 1 1 f u 1 1 s c o p e s i mu l a t i o n o f a c t u a l p o w e r u n i t c a n s i mu l a t e u n i t o p e r a t i o n l i k e s t a r t u p ． f a u l t h a n d l i n g a n d s ma l l i n d e x o p t i mi z a t i o n ． T h e t e a c h i n g me t h o d s g a i n g o o d r e s u l t s t h r o u g h t h e t e a c h e r s ’ d e mo n s t r a t i o n a n d s t u d e n t s ’ i n d e p e n d e n t p r a c t i c e u n d e r t h e g u i d a n c e o f t e a c h e r s ． Me a n wh i l e ． t h e p l a t f o rm p r o v i d e s s u p p o a for s c i e n t i f i c r e s e a r c h e r s ， a n d l e t o p e r a t o r s s u c h a s e l e c t r i c p o w e r s t a f f ma s t e r t h e o p e r a t i o n o f t h e u n i t s a s s o o n a s p o s s i b l e ． T h e p l a t f o rm i S a c h i e v e d s a t i s f a c t o r y r e s u l t s w h i c h a d a p t s t o t h e n e e d s o f d i f f e r e n t t y p e s a n d d i f f e r e n t l e v e l s o f l e a r n e r s ． Ke y wor ds s i mu l g o n p l a tf o rm ； 1 0 0 0 MW u h r a s u p e r e r i t i c a l ； t h e r ma l p o we r u n i t ； t h e p r a c t i c e t e a c h i n g o f p o w e r 0 引言 为了更好地开展教学 、科研工作 ，工业过程测控新技 术与系统北京市重点实验室于2 0 1 1 年9 月建立了1 0 0 0 MW 超超临界火电机组仿真平台，该平台可供2 4 组学员同时操 作。 目前，我国新建 』 力发电项 目均以大容量、高参数的 大型机组为主，其 中| 0 0 0 MW超超临界锅炉已经逐渐成为 火电机组的骨干力量 ，这些机组普遍具有燃烧效率高、发 电煤耗低和污染物排放少的特点 ，但同时也对运行人员提 出了更加严苛的要求Ⅲ 。如何让即将步人电力行业的学生对 百万机组有更加直观的认识 ，如何使科研人员针对大容量 机组的创新工作能够得到有效验证，如何使相关电力从业 人员能够尽快地熟悉掌握百万机组的运行规律和技术成为 了摆在电力教育工作者面前的新问题。目前社会上应用较 为广泛的3 0 0 MW和6 0 0 MW级别火电仿真系统已经无法满足 上述需要，而1 0 0 0 M W超超临界火电机组仿真平台的出现和 应用大 大缓解 了电力教育过 程 中理论 与实际脱节 的现状 。 本文旨在立足于1 0 0 0 MW超超临界火电机组仿真平台，探讨 在新形势下的电力实践教学问题。 收稿 日期 2 0 1 4 -1 0 - 3 1 基金项 目北京市共建项目 G J 2 0 1 2 0 0 7 。 作者简介李青 1 9 8 7 一，女，河北省保定市人，硕士研究生，助理工程师，研究方向控制理论与控制工程。 第6 期 李青 l o o o 超临界火 电机组仿真平台应用 平台，实现与实际机组控制效果一致的仿真监控环境。图3 所示为D C S 操作员站启动界面，图4 所示为汽轮机相关子系 统菜单。 操作员站与主服务器通过局域 网相连接 ，保证了仿真 系统的实时性。 2平台应用 2 ． 1平台在本科生实践教学环节中的应用 实验 、实践教学在培养学生严谨的科学思维和创新能 力 、理论联系实际，特别是与科学技术发展相适应的综合 能力，以适应科技发展与社会进步对人才的需求方面有着 不可替代的作用 ] 。针对四年级本科生开设的为期一周的 “ 电厂仿真机实践环节”深受广大师生欢迎，正是因为它 饯行了 “ 厚基础，重实践，强能力”的实践教学理念，使 理论与实践更好的结合在一起。 仿真机实践环节采用专业教师演示指导，学生自主练 习的教学模式。教师以电厂操作规程为基础，结合学生实 际情况，编写仿真机 导教材，用于指导学生上机使用。 在完成专业课学习的基础上，通过观看实际电厂照片 及相关视频，使学生充分了解火电厂的生产流程 、生产设 备的原理及构造，由 教师结合仿真机详细讲解1 0 0 0 M W, 超 临界火电机组的生产流程。学生在指导教师的讲解下，对 整个仿真软件的系统流程及各操作界面有了相对清晰的认 识后，开始进行上机操作。上机内容可分为启停机操作 、 故障处理及小指标优化操作练习三部分。 启停机操作 主要完成机组冷态启动，升负荷至额定 工况运行 ，再降负荷至停机的所有操作 。学生按人数分成 若干组 ，每组人员按电厂实际岗位进行分工合作 ，独立完 成冷态启动的所有操作 ，从设备送电，辅助系统投运 ，锅 炉点火升温升压 ，汽轮机冲转并网带负荷，升负荷，锅炉 湿态转干态 ，C C S 投入，直至满负荷运行。完成启机操作 后，机组为额定负 ，接下来进行停机演练 ，降负荷 ，发 电机解列 ，降转速惰走直至主轴停止。指导教师在学生操 作前先进行重点步骤快速演示，进而在学生实际操作中负 责解决其所遇到的问题，并将问题引申与专业课程中所学 内容相联系，巩固学生理论知识的学习 。该仿真系统所 具有的保存读取状态及抽点回退功能 见图2，使得学生 在操作错误导致失败时可退回到上一正常状态 ，不至于过 多浪费时间进行重复操作。通过启停机的操作练习 ，学生 已熟悉电厂的主要操作 ，能够基本掌握电厂的实际操作流 程 。 故障处理 由指导教师设置故障，学生通过观察参数 或设备状态变化等现象找出故障问题并进行处理，如一次 风机跳闸引起R B、给水泵跳闸引起R B、主汽温度异常等。 通过故障处理 ，实际锻炼 了学生理论联系实际的处理问 题、解决问题的能力，同时加深了对课堂知识的理解。 小指标优化操作练习 1 0 0 0 MW超超临界机组相 比其 他机组的优势在于效率较高 ，而效率的提高除与机组本身 的性能有关外 ，与运行人员的操作水平也息息相关，如通 过各辅机的相互配合操作 ，可达到发电煤耗更低的目的。 因此，有必要让学生在充分熟悉 电厂的主要操作 的前提 下，练习如何优化运行 ，为将来快速适应工作岗位打下坚 实的基础。 2 ． 2 平台在科研 中的应用 由于该平 台为一体化支撑平 台，控制系统逻辑 、模 型、画面均由该支撑平台实现，仿真模型位于主机中，所 有控制策略及算法采用S T AR 一 9 0 算法编写，内嵌在模型库 中，S T A R一 9 0 算法库可对用户开放 ，用户可根据实际要求 对模型进行修改 ，添加模型库，改变控制策略，因此可将 该平台提供给研究生 、教师或其他相关科研人员 ，让科 研人员针对大容量机组的创新工作能够尽快得到验证和落 实 。 目前 ，实验室研究人员已利用该平台进行了大量科 研工作 ，取得了 良好效果 ，如 研究协调控制系统仿真 评价，验证鲁棒控制，预测控制等算法；研究燃料B T U校 正；研究再热汽温控制仿真评价等。 2 ． 3平台在电力从业人员教学中的应用 该平 台除应用于学生教学及科研外 ，也可用于对电 力从业人员的教学。针对不同的对象，教学侧重点有所不 同 ，如针对 电厂新人 职运行人员 ，则教学 时间较长 ，应严 格按照运行规程进行反复操作练习，尤其要锻炼其故障处 理及小指标优化运行能力；若针对企业设计人员，则应重 点培训其对电厂各子系统工作流程的理解 ，而不强求其运 行能力。将仿真平台用于电力从业人员的教学，充分发挥 了平台功能，为电力行业培养了一大批专业技术人才。 3结语 将1 0 0 0 MW超超临界火 电机组仿真平台用于电力实践 教学，使广大师生得到了理论与实际结合的机会 ，培养了 学生的工程实践能力 、提高了学生的综合素质，为科研人 员进行研究工作提供了支持，也为电力行业培养了一大批 专业技术人才。平台适应了不同类型、不同层次学习者的 需求 ，取得了令人满意的效果。 参考文献 【 1 ] 江哲生， 董卫国， 毛国光． 国产1 0 0 0 MW超超临界机组技术综述 U l l 电力建设， 2 0 0 7 ，2 8 8 6 1 3 ． 【 2 ] 胡刚刚， 杨志平，徐鸿， 等 源动力类实验教学示范中心卟实验 技术与管理，2 O l O ， 2 7 7 1 1 2 1 1 4 ． [ 3 1 胡刚刚， 王美， 杨志平， 等． 以仿真为特色的电厂实践教学平台建 设与应用卟中国电力教育， 2 o o 9 1 3 7 ．