火電廠仿真培訓(xùn)系統(tǒng)電氣部分的建模與實(shí)現(xiàn)

楊尤平,王曉波（江蘇徐州華潤(rùn)電力有限公司,江蘇徐州221000）

火電廠仿真培訓(xùn)系統(tǒng)電氣部分的建模與實(shí)現(xiàn)

楊尤平,王曉波
（江蘇徐州華潤(rùn)電力有限公司,江蘇徐州221000）

在當(dāng)前，系統(tǒng)仿真是一項(xiàng)綜合技術(shù)學(xué)科，它主要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，研究和決策提供了一個(gè)科學(xué)的手段，在科學(xué)技術(shù)應(yīng)用中，縮短了設(shè)計(jì)的周期，降低了成本費(fèi)用。仿真技術(shù)在現(xiàn)代應(yīng)用的領(lǐng)域更加廣泛，并且經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益都十分顯著。本文主要將其應(yīng)用與火電廠電氣部分，為發(fā)展電能技術(shù)提供了強(qiáng)有力的保障。

火電廠；仿真；電氣；建模與實(shí)現(xiàn)

隨著經(jīng)濟(jì)在快速發(fā)展，電力事業(yè)中，大力推廣仿真系統(tǒng)，先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用下，進(jìn)一步增強(qiáng)了電廠的數(shù)量，改善了電廠設(shè)備的可靠性以及自動(dòng)化水平。電力系統(tǒng)在火電廠和核電廠開(kāi)展了培訓(xùn)仿真系統(tǒng)研究，并取得了良好的效果。

1　電力系統(tǒng)仿真培訓(xùn)

隨著電力系統(tǒng)數(shù)字仿真的實(shí)施，它主要基于計(jì)算機(jī)運(yùn)行狀態(tài)中，提高了電氣生產(chǎn)，然而電力系統(tǒng)數(shù)字仿真主要分為研究仿真和培訓(xùn)仿真兩種。其中研究仿真包含各種電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定仿真軟件，它主要是電力科研為了工作而實(shí)施。在具體應(yīng)用中，具體做了系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)以及運(yùn)行方式，并且將其作為一種工具對(duì)事故進(jìn)行分析和開(kāi)發(fā)自動(dòng)裝置等。培訓(xùn)仿真系統(tǒng)高含屬于EMS的調(diào)度員培訓(xùn)仿真器DTS、變電站運(yùn)行人員培訓(xùn)仿真器以及發(fā)電廠機(jī)組運(yùn)行人員培訓(xùn)仿真器。在火電廠仿真系統(tǒng)培訓(xùn)過(guò)程中主要針對(duì)發(fā)電廠和變電站的各項(xiàng)設(shè)備以及運(yùn)行特點(diǎn)具體實(shí)施培訓(xùn)，最終達(dá)到使運(yùn)行人員在正常和事故狀態(tài)下可以及時(shí)作出判斷，完成應(yīng)急工作，更熟悉操作。

電廠仿真培訓(xùn)系統(tǒng)主要由硬件和軟件部分組成，其中硬件部分主要包含計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，將其作為仿真的核心和基礎(chǔ)，主要的目的是提高性能。在現(xiàn)代電廠仿真技術(shù)中，使用最多的是具有服務(wù)器性能的雙核CPU作為主機(jī)；網(wǎng)絡(luò)連接硬件部分，用語(yǔ)數(shù)據(jù)的傳輸以及交換等，仿真設(shè)備有音響、燈光以及投影儀等設(shè)備。

2　仿真培訓(xùn)系統(tǒng)在電氣部分中的重要作用

采用仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，主要的目的是為電站運(yùn)行人員提供有效的培訓(xùn)方法以及真實(shí)的環(huán)境操作。應(yīng)用過(guò)程中該系統(tǒng)能夠提高了遠(yuǎn)程監(jiān)控以及對(duì)異常事故的處理，提高了整個(gè)機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中的安全經(jīng)濟(jì)性。在對(duì)工作人員進(jìn)行專門的培訓(xùn)之后，它可用來(lái)驗(yàn)證真實(shí)電站中出現(xiàn)的故障及其原因，以便制定科學(xué)的對(duì)策，促使電廠工作順利進(jìn)行。

3　火電廠電氣系統(tǒng)的建模

仿真模型的建立主要分為靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型兩種。其中靜態(tài)模型就是整個(gè)系統(tǒng)在平衡狀態(tài)下各個(gè)輸入變量與輸出變量之間建立數(shù)學(xué)模型。動(dòng)態(tài)模型是指用來(lái)描述系統(tǒng)或者不穩(wěn)定狀態(tài)下各種參量隨著時(shí)間變化的數(shù)學(xué)關(guān)系式。在電廠電氣部分中，整個(gè)范圍采用的是動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)。具體的建模方法是：理論分析、經(jīng)驗(yàn)歸納以及二者之間相結(jié)合的方法。在解析法建模中，在整個(gè)電氣部分仿真培訓(xùn)系統(tǒng)中基本上采用統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型，它對(duì)于適用不同類型的機(jī)組有著重要作用。經(jīng)驗(yàn)歸納法建模，由于建模過(guò)程中存在局限性，因此在實(shí)際中應(yīng)用比較少。然而在理論分析和經(jīng)驗(yàn)歸納相結(jié)合中，該模型在建立起來(lái)總體結(jié)構(gòu)具有明確的物理意義，保留了解析模型的優(yōu)勢(shì)，并且之間存在較多的公式。本文在建模中采用數(shù)學(xué)模型，根據(jù)微分方程以及差分方程，最終得到：y(（n+1）T)-(-T/Tc)y(Nt)=T/ Tcku(nT),其中Tc為時(shí)間常數(shù)，nT代替時(shí)間t的函數(shù)。

變壓器中的數(shù)學(xué)模型，通常三相變壓器的繞組結(jié)成的是三角形或者星形（Y）。其實(shí)際計(jì)算中常用等值圖如下：

變壓器的冷卻系統(tǒng)模型建立，由于變壓器的發(fā)熱是，設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，各種電阻上產(chǎn)生熱量造成的，這就需要子啊冷卻系統(tǒng)調(diào)節(jié)冷熱狀態(tài)，使得變壓器運(yùn)行中產(chǎn)生的熱量與帶走的熱量處于一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程。

4仿真培訓(xùn)系統(tǒng)電氣部分的實(shí)現(xiàn)

由于電氣部分仿真培訓(xùn)系統(tǒng)是由上層DCS組態(tài)系統(tǒng)、中層OPC通訊軟件以及下層仿真模型組合而成，具體運(yùn)行過(guò)程中，由操作員通過(guò)上層的DCS操作員站下達(dá)命令之后，OPC通訊軟件將DCS下達(dá)的領(lǐng)命傳遞到具體的仿真平臺(tái)中，建立模型，最終將仿真模型計(jì)算之后，輸出新的變量，再傳遞到DCS畫面上去。

除此之外，電廠還有一個(gè)專用仿真支撐平臺(tái)ECAM，其結(jié)構(gòu)是由內(nèi)核，完成模型的數(shù)據(jù)庫(kù)，以及具體算法；另外ECAM它能夠提供各種手段輔助模型的開(kāi)發(fā)和調(diào)試。在實(shí)訓(xùn)過(guò)程中，將提供各種手段來(lái)控制仿真進(jìn)程，提高對(duì)工作人員仿真培訓(xùn)的效果，在通訊系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)建立并控制欲盤臺(tái)等其他界面，使得模型中的數(shù)據(jù)呈雙向性轉(zhuǎn)換，以達(dá)到測(cè)試目的。該平臺(tái)的支持下，最終以一個(gè)工程模塊化來(lái)實(shí)現(xiàn)具體的建模，促使整個(gè)電廠的仿真任務(wù)更加有效的完成。

5總結(jié)

通過(guò)分析火電廠仿真培訓(xùn)系統(tǒng)電氣部分的建模與具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程，采用數(shù)學(xué)模型以及計(jì)算機(jī)平臺(tái)，最終實(shí)現(xiàn)了上層DCS系統(tǒng)、OPC通訊軟件以及ECAM仿真支撐平臺(tái)的構(gòu)架過(guò)程，在建模和實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，為工程減少成本、組態(tài)方便，還能通過(guò)修改內(nèi)部程序來(lái)滿足電廠使用的特殊要求，其靈活性比較高，因此該模型的建立進(jìn)一步電廠設(shè)備以及系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，保證電網(wǎng)穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，在科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用下，提升電廠生產(chǎn)力水平，為改善經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益不斷努力。

[1]范曉旭，丁大業(yè)，高小新，王麗麗.地鐵OCC行車調(diào)度仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的虛擬列車群模塊設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[J].西南交通大學(xué)，2012(05).

[2]李東風(fēng)，王祥云，陳東亮，蔣飛.基于VDCS的火電機(jī)組仿真培訓(xùn)系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)原理[J].華北電力大學(xué)，2014(32).