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        基于虛擬DPU的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組全廠仿真系統(tǒng)研究

        2014-03-06 11:42:44陳亞鵬黃冬蘭
        機(jī)電信息 2014年36期
        關(guān)鍵詞:培訓(xùn)系統(tǒng)

        陳亞鵬 黃冬蘭

        (1.珠海橫琴熱電有限公司,廣東 珠海 519015;2.廣東省電力設(shè)計(jì)研究院,廣東 廣州 510663)

        基于虛擬DPU的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組全廠仿真系統(tǒng)研究

        陳亞鵬1黃冬蘭2

        (1.珠海橫琴熱電有限公司,廣東 珠海 519015;2.廣東省電力設(shè)計(jì)研究院,廣東 廣州 510663)

        介紹了一種基于虛擬DPU的激勵(lì)式聯(lián)合循環(huán)機(jī)組全廠仿真系統(tǒng),分析了聯(lián)合循環(huán)機(jī)組仿真系統(tǒng)的特點(diǎn)及要求,并結(jié)合廣東省某燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組全廠仿真系統(tǒng)的構(gòu)成,對(duì)燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組全廠仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和發(fā)展方向提出了展望。

        聯(lián)合循環(huán)機(jī)組;仿真系統(tǒng);虛擬DPU

        0 引言

        仿真系統(tǒng)在電力行業(yè)已得到廣泛應(yīng)用,對(duì)運(yùn)行人員全面掌握機(jī)組的運(yùn)行特性、提高機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性發(fā)揮了重要作用。隨著技術(shù)的發(fā)展,一些仿真系統(tǒng)還提供了對(duì)熱控人員進(jìn)行技能培訓(xùn)的功能,對(duì)熱控人員的水平提高起到了積極的作用。

        近年來,隨著節(jié)能減排要求的提高,國內(nèi)大量建設(shè)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組電廠。針對(duì)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組,選擇經(jīng)濟(jì)且適合的仿真系統(tǒng),對(duì)于提高機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性以及加強(qiáng)對(duì)熱控人員的培訓(xùn)都大有裨益。

        1 虛擬DPU技術(shù)在仿真系統(tǒng)的應(yīng)用

        1.1 電廠仿真系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展

        目前電廠仿真培訓(xùn)系統(tǒng)中,最常用的再現(xiàn)DCS的方法有仿真式(也稱翻譯式)和激勵(lì)式2種。

        仿真式(翻譯式)是根據(jù)DCS的組態(tài)圖、屏幕顯示畫面及操作,在新的軟硬件環(huán)境下重新編程,將DCS組態(tài)進(jìn)行“翻譯后”來實(shí)現(xiàn)其控制策略和人機(jī)接口等功能,達(dá)到與仿真對(duì)象一致的效果。這種方法雖然實(shí)現(xiàn)成本較低,但存在一些缺點(diǎn):(1) 對(duì)控制系統(tǒng)只能部分近似地實(shí)現(xiàn)仿真,軟件逼真度和可信度不夠高,無法達(dá)到真正意義上的全仿真效果。(2) 當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)組態(tài)改動(dòng)時(shí),仿真機(jī)的控制系統(tǒng)跟蹤修改繁瑣困難,擴(kuò)展性、適應(yīng)性差。(3) 需要重復(fù)開發(fā)DCS的組態(tài)控制策略、操作員站軟件等,工作量大,開發(fā)周期長。(4) 培訓(xùn)人員的范圍主要是現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員,對(duì)熱控人員無法進(jìn)行邏輯修改、控制參數(shù)整定等培訓(xùn)。

        激勵(lì)式又可分為全激勵(lì)式和虛擬DPU方式。全激勵(lì)式DCS省略了輸入/輸出等卡件,采用真實(shí)DCS的硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的適當(dāng)配置來再現(xiàn)DCS。它具有極高的軟硬件逼真度,可在仿真機(jī)上方便地進(jìn)行控制算法分析研究及改進(jìn)工作;存在的缺點(diǎn)是軟硬件實(shí)現(xiàn)成本很高,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,移植性差,與模型系統(tǒng)連接較困難。

        虛擬DPU方式采用DCS廠家專用虛擬DPU軟件及與DCS操作員站和工程師站同樣的HMI來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的仿真。這種方式相比全激勵(lì)式可以節(jié)省投資,相對(duì)仿真式(翻譯式)可以縮短開發(fā)周期,獲得最高的逼真度。該仿真方式可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行人員的培訓(xùn),也可以實(shí)現(xiàn)熱控人員的培訓(xùn)。

        1.2 虛擬DPU技術(shù)在仿真系統(tǒng)中的發(fā)展

        電廠仿真平臺(tái)的設(shè)計(jì)開發(fā)中,虛擬DPU仿真技術(shù)以接近全激勵(lì)DCS的逼真度、接近仿真DCS的應(yīng)用功能和最節(jié)省的投資表現(xiàn)出相對(duì)的綜合優(yōu)勢(shì),成為目前國內(nèi)電站仿真領(lǐng)域的發(fā)展方向,是過程工業(yè)數(shù)字化的基礎(chǔ)之一。

        2 聯(lián)合循環(huán)機(jī)組仿真系統(tǒng)特點(diǎn)和要求

        2.1 聯(lián)合循環(huán)機(jī)組特點(diǎn)

        聯(lián)合循環(huán)機(jī)組與常規(guī)燃煤機(jī)組相比,有其相應(yīng)的特點(diǎn):(1) 系統(tǒng)簡(jiǎn)單、設(shè)備少。燃機(jī)電廠較常規(guī)燃煤機(jī)組,系統(tǒng)簡(jiǎn)單很多,沒有制粉系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、吹灰系統(tǒng)、除灰除渣系統(tǒng)等;給水以及抽汽系統(tǒng)也比常規(guī)燃煤機(jī)組簡(jiǎn)單很多,全廠設(shè)備也相應(yīng)少很多。(2) 控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全廠一體化。由于系統(tǒng)簡(jiǎn)單、設(shè)備少,聯(lián)合循環(huán)電廠較易實(shí)現(xiàn)全廠控制系統(tǒng)DCS一體化(除燃機(jī)外)。(3) 燃機(jī)控制系統(tǒng)隨燃機(jī)一體配供,控制邏輯相對(duì)完善,但是其內(nèi)部邏輯較難被全面理解掌握。

        2.2 聯(lián)合循環(huán)機(jī)組仿真系統(tǒng)要求

        聯(lián)合循環(huán)機(jī)組一般定員較少,而且很多聯(lián)合循環(huán)機(jī)組還將用于調(diào)峰,啟停頻繁,對(duì)機(jī)組自動(dòng)化以及運(yùn)行人員的操作水平都有較高的要求。目前大多數(shù)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組都要求實(shí)現(xiàn)APS功能,但是由于調(diào)試階段時(shí)間有限,無法將APS功能進(jìn)行反復(fù)仔細(xì)的調(diào)試,因此在調(diào)試完成投入商業(yè)運(yùn)行后還要多次進(jìn)行修改。由于機(jī)組已經(jīng)投入商業(yè)運(yùn)行,因此邏輯的修改相對(duì)都比較謹(jǐn)慎,如果能通過仿真系統(tǒng)對(duì)修改后的邏輯先進(jìn)行一次驗(yàn)證,則邏輯的可靠性會(huì)大大提高。因此,針對(duì)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組,其仿真系統(tǒng)除了具備運(yùn)行人員培訓(xùn)的功能外,還應(yīng)能用于熱控人員的培訓(xùn),可以用于驗(yàn)證邏輯的正確性,確保用于實(shí)際運(yùn)行的邏輯的正確和可靠。

        3 仿真系統(tǒng)與廠級(jí)控制系統(tǒng)的結(jié)合

        根據(jù)目前的研究結(jié)果,虛擬仿真系統(tǒng)可通過與SIS數(shù)據(jù)的集成,獲得實(shí)時(shí)的或某一歷史時(shí)刻的運(yùn)行數(shù)據(jù),將其作為模型系統(tǒng)運(yùn)行的初始工況,使虛擬仿真系統(tǒng)具有更高的逼真度,為機(jī)組全工況運(yùn)行分析提供起始運(yùn)算點(diǎn)。同時(shí),通過比較數(shù)學(xué)模型和SIS系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài),可動(dòng)態(tài)校驗(yàn)數(shù)學(xué)模型的正確性,修改數(shù)學(xué)模型不完善的方程和參數(shù)。由于虛擬控制系統(tǒng)部分的高度逼真度,使得對(duì)數(shù)學(xué)模型部分的校驗(yàn)具有較高的針對(duì)性。

        隨著聯(lián)合循環(huán)機(jī)組控制和信息數(shù)字化平臺(tái)的完善,聯(lián)合循環(huán)機(jī)組已具備實(shí)現(xiàn)全廠控制系統(tǒng)一體化的條件。當(dāng)實(shí)現(xiàn)全廠控制系統(tǒng)一體化之后,可以從廠級(jí)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)用于仿真機(jī)的模型校正和工況模擬。

        4 某聯(lián)合循環(huán)機(jī)組仿真系統(tǒng)配置

        廣東省某2×390 MW燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)電廠的燃機(jī)為GE公司9FA級(jí)燃機(jī),燃機(jī)控制系統(tǒng)采用GE公司MARK VIe控制系統(tǒng),除燃機(jī)以外的全廠系統(tǒng)及設(shè)備采用Foxboro公司I/A系統(tǒng)進(jìn)行控制。全廠各輔助車間、網(wǎng)控系統(tǒng)以及廠用電控制系統(tǒng)也全部采用DCS進(jìn)行控制。各控制系統(tǒng)相互連接組成廠級(jí)控制系統(tǒng)。

        該廠仿真系統(tǒng)采用基于虛擬DPU的激勵(lì)式仿真系統(tǒng),在硬件配置上,仿真機(jī)為“激勵(lì)模擬”類型。燃機(jī)控制系統(tǒng)MARK VIe、汽機(jī)、余熱鍋爐及輔助設(shè)備控制系統(tǒng)DCS的控制邏輯采用虛擬控制器軟件包,操作員站畫面采用模擬方式,不使用控制系統(tǒng)硬件。

        MARK VIe、DCS控制邏輯的仿真,采用原廠虛擬控制器軟件包的方式來實(shí)現(xiàn)。仿真的控制邏輯、各種聯(lián)鎖保護(hù)邏輯、報(bào)警值、控制器參數(shù)和實(shí)際機(jī)組的情況完全相同,達(dá)到可以直接將機(jī)組的控制邏輯組態(tài)文件在仿真機(jī)上使用,且編輯、組態(tài)、上裝、下載、配置及其他各種功能與機(jī)組控制系統(tǒng)完全一致。

        仿真機(jī)系統(tǒng)配置了一套完全授權(quán)的正版Foxboro FSIM Plus軟件。在基于FSIM Plus的模擬器中,控制器組態(tài)文件與實(shí)際的Foxboro DCS硬件控制器上的組態(tài)文件是一樣的,F(xiàn)SIM Plus就是I/A系列控制處理器的復(fù)制(同樣的控制算法、同樣的邏輯、同樣的時(shí)序),F(xiàn)SIM Plus與實(shí)際I/A DCS間能進(jìn)行組態(tài)文件的直接傳遞,不需要額外的翻譯與再編輯。

        在不破壞工作原有環(huán)境的條件下,通過FSIM Plus可達(dá)到以下效果:(1) 顯著縮短投用和啟動(dòng)Foxboro I/A Series控制系統(tǒng)所需的時(shí)間。(2) 幫助控制與應(yīng)用工程師在無需Foxboro硬件系統(tǒng)的情況下設(shè)計(jì)出優(yōu)質(zhì)的實(shí)時(shí)控制軟件。(3) 對(duì)I/A Series系統(tǒng)的響應(yīng)程度和各項(xiàng)性能進(jìn)行準(zhǔn)確分析和故障診斷。(4) 在一個(gè)完全沒有破壞性的環(huán)境中進(jìn)行操作員培訓(xùn)。(5) 為控制工程師提供一個(gè)理想的系統(tǒng)改造和升級(jí)更新的設(shè)計(jì)環(huán)境。

        同時(shí),系統(tǒng)還配置了一套具有完全授權(quán)的正版MARK VIe仿真軟件包對(duì)MARK VIe控制器進(jìn)行完全模擬。MARK VIe仿真軟件包與實(shí)際MARK VIe間能進(jìn)行組態(tài)文件的直接傳遞,不需要額外的翻譯與再編輯。

        該聯(lián)合循環(huán)電廠仿真機(jī)系統(tǒng)與SIS系統(tǒng)設(shè)有接口。仿真機(jī)系統(tǒng)能通過與SIS的接口讀取DCS、MARK VIe系統(tǒng)的特定工況或特定時(shí)間段的機(jī)組相關(guān)數(shù)據(jù)。

        5 聯(lián)合循環(huán)機(jī)組仿真系統(tǒng)的發(fā)展

        虛擬DPU仿真系統(tǒng)具有開放性好、逼真度高、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)現(xiàn)廠級(jí)控制系統(tǒng)一體化的情況下,將聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的虛擬DPU仿真系統(tǒng)與廠級(jí)控制系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合應(yīng)用,將進(jìn)一步提高仿真系統(tǒng)的逼真度,同時(shí)擴(kuò)展仿真系統(tǒng)的應(yīng)用功能,使仿真系統(tǒng)具有自學(xué)習(xí)功能,既可用于運(yùn)行和熱控人員培訓(xùn),也可用于機(jī)組全工況運(yùn)行分析,有助于完善聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的數(shù)字化和信息化平臺(tái),更好地為機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行服務(wù)。

        [1]冷杉.論虛擬分散控制系統(tǒng)技術(shù)[J].中國電力,2003(2)

        [2]郝青松,冷杉,徐悅.基于虛擬DCS與SIS的數(shù)據(jù)比較系統(tǒng)的開發(fā)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2005(21)

        [3]王強(qiáng),冷杉,顧海霞,等.電站虛擬仿真系統(tǒng)與SIS數(shù)據(jù)集成及應(yīng)用研究[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2009(1)

        [4]黃冬蘭,莊續(xù)奎.燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組全廠控制系統(tǒng)優(yōu)化研究[J].電力勘測(cè)設(shè)計(jì),2013(3)

        2014-11-07

        陳亞鵬(1977—),男,陜西咸陽人,工程師,研究方向:火力發(fā)電廠儀表與控制。

        黃冬蘭(1982—),女,湖北廣水人,碩士研究生,工程師,研究方向:火力發(fā)電廠儀表與控制。

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