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吴永存 （1965-）
男，毕业于浙江大学生产过程自动化专业，并于2001年获华北大学热能动力硕土学位，高级工程师，现工作于浙江国华浙能发电有限公司，从事电厂热工自动化。
摘要：本文对国华宁海电厂二期超超临界百万机组仿真机的技术方案、仿真范围、实现功能、技术特点等进行介绍。在仿真机的应用时效上，真正起到了超超临界百万机组运行人员超前培训的作用。
关键词：超超临界百万机组；仿真机；应用时效
Abstract: This paper introduces the technical scheme, simulation scopes, function, and
technical characteristics of the 1000MW Ultra Super-critical Pressure Unit Simulator in
the secondstage project (2×1000MW) of NingHai Power Plant . It greatly improves the
quality and performance of the operators.
Key words: 1000MW Ultra Super-critical Pressure Unit; Simulator; application performance
1 概述
随着电力需求的日益增长和能源的日趋紧张，高效、节能、环保的超超临界百万机组近几年迅速发展起来。但大容量、高参数的超超临界百万机组，被控参数耦合性强、关连性复杂，而且各种参数变化迅速，运行人员很难把握任一操作对众多参数的影响程度和方向，如操作不当，被控参数将可能发散而失控。因此，在机组投产前，进行严格的仿真机培训，对于提高运行人员的操作技能及应变能力，降低人因事件的发生概率，提高机组运行的安全性和可靠性，将发挥很大的作用。
2 超超临界百万机组仿真机的技术方案
超超临界百万机组仿真机的模型是浙江国华宁海电厂二期工程#5机组及公用系统，其锅炉为上海锅炉厂有限公司制造的1000MW超超临界燃煤锅炉（SG3091/27.56-M54X），汽轮机为上海汽轮机有限公司的超超临界汽轮机N1000-26.25/600/600（TC4F），发电机为上海汽轮发电机有限公司的发电机（THDF 125/67），热工主机控制系统采用西门子公司的SPPA－T3000分散控制系统，DEH采用与主机DCS相同的硬件并组成一体化系统，脱硫的控制系统同样采用西门子公司的SPPA－T3000分散控制系统，辅助车间控制系统采用AB公司的Controllogix PLC网络系统。
2.1 硬件配置
仿真控制室的硬件配置如图1所示。系统中配置了10台操作员站计算机，用于运行DCS操作员站软件及学员操作； 2台就地操作站计算机，用于运行仿真机就地操作画面、虚拟盘台等；1台教练员站计算机，用于运行教练员站软件，可监视和控制所有的仿真模型的运行，另配置1台掌上电脑，可以进行无线遥控，具有教练员站功能；1台工程师站计算机，完成仿真机软件的维护、调试、扩充、修改；1台服务器用于仿真机网络、数据库管理与模型数据运行。
图1 宁海电厂二期2×1000MW超超临界燃煤机组仿真机设备
配置示意图
2.2 网络构成
仿真机的网络采用星型以太网（100M）连接，通讯协议为TCP/IP，所有计算机通过一台24口交换机连接到服务器上。
2.3 支撑软件
仿真机的支撑系统采用由北京同方电子科技有限公司自主开发的DCOSE（分布式仿真支撑环境）软件，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Microsoft Window 2000/NT/XP环境下。DCOSE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。
仿真主机采用高性能CPU的PC服务器作为DCOSE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。DCOSE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DCOSE本身支持一机多模，对新建机组，只需采用DCOSE针对其它机组建立相应的过程模型和控制模型即可建立其仿真系统，对仿真机的扩展留有充分余地。
3 超超临界百万机组仿真机的仿真范围
本仿真机是对宁海电厂二期#5机组的炉、机、电、脱硫、公用系统及控制系统实现全范围、全过程仿真。以参考机组集控室内所有的监视、操作、控制为主，同时包括集控室外的启停和故障处理中必要的就地操作。
3.1 锅炉的主要仿真范围
(1) 汽水系统，包括：过热蒸汽流程、再热蒸汽流程、启动分离系统、旁路系统等。
(2) 烟风系统，包括：一次风系统流程、二次风系统流程、烟气系统流程、密封空气系统、除尘系统等。
(3) 制粉和燃烧系统，包括：给煤机、磨煤机、油枪及点火装置、等离子点火系统、燃烧器等。
(4) 锅炉的辅助部分，包括：吹灰系统、疏水和排汽、除灰除渣系统、仪用空气系统等。
(5) 脱硝系统，采用选择性催化还原法（SCR）脱硝装置，包括布置在锅炉烟道上的SCR反应器系统、氨喷射系统、声波吹灰系统，以及布置在炉后冷却塔侧的脱硝剂存储、制备、供应系统。
3.2 汽机的主要仿真范围
除汽轮机外，还包括：
(1) 主蒸汽、再热蒸汽、旁路系统、抽汽系统、辅助蒸汽系统、轴封汽系统等。
(2) 凝结水、除氧加热系统、给水系统、加热器疏水系统、汽机疏水系统等。
(3) 循环水系统、闭式水系统、凝汽器和抽空气系统、发电机氢冷和定子水冷系统等。
(4)汽机EH油系统、润滑油系统、顶轴油系统、密封油系统等。
(5) 汽轮机调节保安系统（DEH、ETS）。
3.3 电气的主要仿真范围
发电机、发电机励磁系统、主变压器、厂用电系统、保安电源一柴油发电机、直流系统及不停电交流系统、同期系统、继电保护系统、事故照明等。
3.4 脱硫系统主要仿真范围
FGD工艺系统主要由石灰石浆液制备系统、烟气系统、SO2吸收系统、排空及浆液抛弃系统、石膏脱水系统、工业水系统、废水处理系统、杂用和仪用压缩空气系统等组成。
3.5 仪控部分主要仿真范围
数据采集系统（DAS）、顺序控制系统（SCS）、FSSS系统、模拟量控制系统（MCS）、汽机控制系统（TCS）、旁路控制系统（BPS）、小机调节和保护系统（MEH、METS）、ECS系统等。
4 超超临界百万机组仿真机实现的功能
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，都能和实际机组的反映相一致。而且可事故模拟和重演，还可对某些新型控制策略在仿真机上先行验证后再用于实际系统。
4.1 运行人员培训
4.1.1正常工况仿真培训
培训运行人员，能够熟练正确地掌握机组设备在各种工况条件下的启、停和正常运行中的监视操作技术等，主要有以下功能：
(1) 从冷态时电气厂用电系统受电开始到温态、热态、极热态直至满负荷的启动操作。
(2) 汽机启动和发电机同期并网。
(3) 锅炉、汽机、发电机跳闸后恢复到额定负荷。
(4) 机组从100%负荷正常停机到滑参数停机状态。
(5) 其它指定工况的启、停或升、降负荷操作。
(6) 运行人员对设备或系统进行可靠性试验及联锁保护试验。
(7) 500kV系统和厂用电系统的操作。
4.1.2故障工况仿真培训
本仿真机总共设置500多种上千个故障点，为运行人员提供各种故障、事故现象，培训运行人员正确判断故障、事故的应变能力。
仿真机能模拟和重演机组运行中的异常和故障工况。仿真机模拟机组运行中发生故障与事故的可能性包括两种：一种是由于运行培训人员操作不当自然引发的；另一种是在仿真机上由教练员根据运行培训工况需要，人为设置以后发生。无论是自然引发，还是人为设置的随机故障，其产生的物理现象和机组实际反映一致。多重故障可以同时发生，对于各种故障或事故，学员可在盘上或操作员站上进行操作处理，这时仿真装置能反映学员的操作处理情况，如果处理合理，故障或事故应逐渐消除，如处理不当，模拟出事故扩大后的现象与机组反映一样。
4.1.3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。
4.2 事件分析
仿真机可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。同时，仿真机也是进行事件分析的一个有力工具，电站发生的事件是无法在真实机组上再现的，而在仿真机上就可以再现某些事件，通过调用DCS系统中存储的机组异常、事故前后的参数进行异常原因分析和模拟，并可以使用仿真机的时间控制、回调、重演等功能进行仔细的分析，对找出事件产生的原因和采取相应的纠正措施提供强有力的帮助。
4.3 变更方案设计及验证
热控人员可对机组控制系统的自动调节品质整定及试验、验证，逻辑保护优化验证等。同时可进行超超临界百万机组的控制方案和策略的研究与分析。
5 超超临界百万机组仿真机的技术特点
5.1 优秀的支撑软件平台DCOSE
支撑软件功能是否强大、界面是否友好是仿真机开发成功的关键。一体化仿真支撑系统DCOSE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，符合MMC规范的系统管理，模块动态调用，基于流体网络算法的图形化建模技术，可根据机组原始数据直接生成仿真语言的虚拟DPU模拟器及基于以上模块的MMI软件等。同时DCOSE还提供了虚拟DPU软件包以及和现场实际DPU通讯的能力。
5.2 先进的虚拟DPU技术
在仿真平台的设计开发中, 虚拟DPU（简称VDPU）仿真技术以接近激励DCS的逼真度、接近仿真DCS的应用功能和最节省的投资表现出相对的综合优势, 成为目前国内电站仿真领域的发展方向, 是过程工业数字化的基础之一。
VDPU是将实际DCS的组态数据直接输入至仿真机，使其能直接模拟实际DPU的计算过程。VDPU的实现依赖于3个子系统的实现：即实际DCS的控制算法模块、实际DCS组态数据的识别和编译、实际DCS操作员端软件的通讯和翻译。基于对西门子SPPA－T3000控制系统的深入理解，开发了SPPA－T3000的算法模块、DPU文件的转换软件，以及过程模型与DCS的接口软件等，使本仿真机模拟效果与机组DCS及相应控制系统监控界面高度一致。
5.3 完善的图形建模技术CAM
CAM代表当今仿真机建模的最新趋势，本系统软件以实际存在的物理对象为独立的模块，建立其数学模型，通过分析各模块的连接关系，系统自动识别出隐含在系统流程中的网络拓扑结构，运用独特的流体网络算法，自动完成大型流体网络的求解任务。
5.4 提供分组培训功能
实际培训时，仿真机可作为多个虚拟的1000MW机组运行；另一方面，仿真模型可以按任意组合方式在各操作站上使用，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它机组的培训，为全能值班员或规模培训提供了方便。
5.5 全面的控制室模拟
仿真机大量采用多媒体技术, 对灯光、音响、火焰及仿真机室内环境进行了全面的模拟。
5.6 学员成绩评定功能
教练员站提供多种对仿真机的监控手段及教学管理手段，根据需要可采用报警规则评分、触发规则评分、曲线规则评分等方法，并自动生成评分报告。
6 实现效果
该仿真机实现了宁海电厂二期#5机组的炉、机、电、脱硫、公用系统及控制系统实现全范围、全过程仿真，建立从0到100％额定负荷的机组全范围数学模型。实现了集控室所有操作、大部分就地操作及部分外围操作的仿真。
在公司的高度重视下，各单位部门通力合作，如机、电、炉资料的收集，超前进行机组的逻辑优化和组态、定值清单的整理、运行画面完善、系统调试，使本仿真机提前机组168六个月投入使用，打破了常规仿真机开发需168过后半年才能仿真培训的惯例。因此，在仿真机的应用时效上，真正起到了超超临界百万机组运行人员岗前培训的作用，提高了整体运行水平，对宁海电厂二期百万机组的安全、可靠、经济运行起到了重要作用，产生了良好的经济效益。
参考文献
[1] 《DCOSE用户手册V2.0》、《DCOSE系统操作员站手册》、《DCOSE系统教练员站手册》，北京同方电子科技有限公司2008版.
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