仿真技能在我国电力工业中的开展及运用
1 现代化大型火电机组仿真体系的硬件组成和软件结构
1.1 仿真体系的硬件组成
我国新建的大型火电机组的操控室有三种办法：a.以惯例型的操控盘、操作台为首要操控和操作手法，以屏幕显现操作为辅；b.以屏幕操作和显现的操作员站（OIS）为主，备有小规划的操控盘，装有一定量的模仿操作器和逻辑操作器作为备用操作设备；c.单纯选用核算机屏幕操作和显现，没有仪表盘和操作台。那么相应的仿真体系相同具有三种硬件组成。本文供给的硬件组成是以b办法为主。
操作员站（OIS）选用了五台同一标准的PC机，别离具有同一标准的专用键盘和20寸显现屏幕。电液调理体系DEH选用一台专用PC机及20寸显现屏幕。辅导教师工作站是一台HP-715小型工作站。两台就地操作站选用X-终端。对监督锅炉焚烧火焰、烟囱排烟、锅炉水位等的仿真，则选用了多媒体技能，运用三台PC机。上述一切PC机和X-终端都作为下位机，通过敞开式以太网和作为主机的HP-9000/800-K100服务器进行数据交换，其通讯速率为10MB/s。该仿真机对辅佐操作盘也进行了1∶1的仿真。应该阐明的是，硬件体系中的各种核算机类型没有严厉的规则，一般是跟着核算机的开展，选用国际商场上最新类型和性能价格比比较高的原装机。
1.2 核算机仿真体系的软件结构
一般是以多用户、多使命操作体系为根底，如UNIX、VMS等。以数据库办理、进程通讯、内存同享和实时使命调度为手法，树立仿真支撑环境。并在它的支撑下完结多层次的建模东西，包含源代码办理、工程办理、主动建模东西以及仿真培训所有必要的辅佐软件，如辅导教师站软件、就地操作站软件等。
仿真环境软件是现代化仿真机开发和运转维护必不行少的大型软件。从某种意义上说是仿真机的操作体系。国际上各大仿真公司都有各自的支撑环境软件，如从事电站仿真开发的美国S3T公司的S3、ABB公司的CETRAN，加拿大CAE公司的ROSE等。这些软件按其时或现在核算机软件开发水平，对仿真机的开发全进程起到重要的支撑效果。
从我国电站仿真机出产的几大厂家来看，首要是以借用、租借或修正外国仿真公司80时代的同类仿真软件为主。唯有清华大学独立开发了具有自主版权的支撑软件“一体化仿真支撑环境”，简称ISSE。
ISSE具有完好的支撑环境功用，依据B-TREE算法（平衡树算法）的数据库办理内核，供给了从变量、源代码、工况文件、I/O接口等各种仿真机要素的办理。以对仿真机开发的各个阶段，包含图形化建模的支撑。依据同享内存、信号灯和实时内核的技能，ISSE供给了牢靠而精确的使命调度功用以及各种在线调试功用。因为选用了面向大型的程序规划和数据驱动的思维，ISSE对项目子组办法的开发供给了各种手法，并可完结一机多模的功用。ISSE悉数选用C++写成，并构成了ISSE开发类库。该体系已在HP-UX、DECOpenVMS、SGIIRIX等操作体系上完好完结，表现了支撑环境作为仿真操作体系的思维。除此之外，ISSE供给了一个依据网络通讯的开发接口，以便于第三方软件和ISSE的通讯。
ISSE软件结构有三个层面，别离为类库、东西软件和运用软件。
1.3 目标模型
电厂机组的各种不同热力体系都是由一些热力设备，如换热器、风机、水泵、阀门、容器等通过管道衔接而成，构成一个个流体网络。热力体系的动态进程不只取决于各热力设备自身的特性，即设备模块；还取决于这些设备的衔接办法，即拓扑结构。因而流体网络建模技能成为电厂仿真中的一项重要技能。清华大学开发的流体网络核算软件FLOWNET，可树立单相不行紧缩、单相可紧缩流体网络模型，选用半隐式欧拉积分算法和大型稀少矩阵技能求解，很好的处理了网络核算中的稳定性和实时性等问题。
为了更快速和直观地进行建模，在ISSE支撑下，增加了图形编辑器GNET，开展成为图形化、模块化的建模软件，构成了一种新的流体网络主动建模东西。
当确认了热力体系拓扑结构之后，依据GNET的图形编辑器功用，调用各种不同设备所对应的图标，再依据模块入/出口进行衔接，组成被仿真的热力体系。一起相应的FORTRAN源程序随之生成。通过实例化，即输入被仿真设备和体系的参数和数据，该仿真体系即可进行调试。
2 我国火电厂仿真体系的开展进程及现状
2.1 我国电力工业开展特色
从80时代初开端，我国电力工业以先行工业的位置得到敏捷的开展，到1996年具有发电设备容量约为20亿兆瓦。其间火电装机容量约占75％，水电约占24％，核电不到1％。火电年发电量占全国总发电量的近80％。
80时代我国电力工业设备了一批200MW的大型火电机组，到1990年现已有142台在运转中。跟着电网容量的增大，到90时代我国大型火电厂设备的主力机组单机容量则以300MW－600MW大型机组为主，乃至800MW也现已开端设备。第八个五年计划里发电机组的年装机容量为1800万千瓦，到1996年，300MW－600MW的机组已达90台，并且大部分是引入的外国先进设备。它们的主动操控体系也都是选用核算机涣散操控体系（DCS），运转人员要把握这些机组的运转技能是具有较高难度的。
因为我国一次动力的蕴藏量以煤最为丰厚，每年大约有12亿吨原煤的产值。其间约5亿吨用于发电，只要少数火电厂选用石油或天然气作燃料。因而，我国火电厂的结构是以燃煤机组为主。燃煤电厂的煤粉制备、烟气除尘、除硫和燃煤进程削减氮的氧化物生成等都给发电设备的结构和热力体系带来了复杂性、技能困难和高出资。
2.2 电厂仿真培训的必要性
早在70时代中期，我国电力工业第一次较大规划从西方兴旺国家引入4个大型火电厂，它们别离是元宝山电厂法国300MW燃煤机组、大港电厂意大利350MW燃油机组、陡河电厂引入日本200MW燃煤机组、清河电厂为苏联200MW燃煤机组。它们都是超高压（蒸汽压力为13MPa）或亚临界（蒸汽参数17MPa）机组，具有蒸汽再过热体系。它们的主动操控体系首要选用了机、炉和谐操控和核算机监控。这些特色反映了其时的国际火电机组的先进水平。在建厂进程中，就现已把握这些新式机组运转技能问题摆在了电力部门领导面前。在国内进行理论培训和派人到国外去进行培训的一起，也在考虑怎么开展我国自己的发电厂仿真培训技能。
1975年美国联邦动力部提出的安全性专题报告中就现已指出：“电厂的牢靠性可以由改进规划和加强维护来改进，可是它只占牢靠性的20－30%。别的70－80%依托于运转人员。”
1988年清华大学曾对国内电厂运转人员进行过查询，结果是：某电厂未通过仿真培训的一组运转人员在200MW机组上接连18个月内呈现过七次事端，其间六次未能正确操作处理而被逼停机，有一次事端中形成人员受伤，另一次事端中形成停机长达15天之久。另一个电厂在10个月内产生过四次甩负荷事端，但它是由参与过仿真培训的运转人员操作的。他们的炉、机、电运转人员互相配合，均能正确地处理事端。还有一个电厂在11个月内产生五次事端，包含维护动作、甩负荷、锅炉救活等，也是由通过仿真培训的人员操作的，结果是有四次可以很快消除事端，非常钟内康复正常出产。这些材料阐明仿真培训对电力出产的安全性起着至关重要的效果。
2.3 我国火电厂培训仿真机从科研到产品的开展进程
2.3.1 从科研开端独立开展我国的电厂体系仿真技能及培训用仿真机
跟着数字式核算机的开展，国际上工业兴旺的国家，通过一个10多年的研讨进程，于1971年简直一起在英国、美国、日本呈现了实用性的火电仿真培训体系。如1971年美国加利福尼亚州匹兹堡火电厂设备了一台750MW全机组仿真机，选用了数字式核算机；同年日本仙台火电厂设备了一台350MW机组的培训仿真机，也是选用了全数字核算机；也是同一年英国中心发电局在利兹市白宫路培训站建成了一台660MW全规模仿真机，选用的是模仿－数字混合式核算机。
就在70时代中期我国引入国外四台大容量、高参数、先进的发电机组的一起，北京清华大学于1975年向我国水利电力工业部主张研发我国的火电机组仿真体系，并得到水利电力工业部的同意和资金支撑，开端了我国第一台“大型火电机组模仿体系”的研发。仿真目标确认为正在辽宁省向阳发电厂运转的哈尔滨三大动力厂出产的国产第一台200MW燃煤发电机组。
其时我国还处于不敞开时代，和国外没有深化的技能交流，只能依托我国自己的技才能量作为一个科研项目去进行。克服了没有先进的核算机设备和软件的困难，在一台国产DJS－130型的小型核算机上，于1982年完结了我国第一台大型火电仿真体系，开端了我国自己有才能开发电厂仿真机的前史，使我国成为国际上罕见的几个有才能开发此类仿真机的国家之一。因而取得电力工业部优异科技成果一等奖和国家科学技能进步一等奖被电力部门称为我国电力培训的里程碑。运用这一台仿真机在清华大学建成了我国第一个火电运转仿真培训中心，在5年时间里为电力工业培训了约2000名运转技能人员。1984年清华大学又开端研发我国第一台彻底仿制哈尔滨第三发电厂200MW机组操控室的全规模高精度仿真机，于1988年完结，设备在东北电管局沈阳电力专科校园。这是我国自己成功研发和开发最早的两台适用性的火电仿真机。
2.3.2 产品推行的条件成熟
我国动力部于1988年在第一台彻底仿制操控室的全规模仿真机的设备现场召开了各省市电力局领导参与的电厂仿真机技能交流会，提出了我国有才能开发自己的电厂全规模、高精度的仿真机，决定在电力体系推行、开展和运用仿真技能。1988年10月动力部向各省市电力局及大型发电厂宣布了“关于开展火电机组模仿培训设备的告诉”。文件规则把仿真机列为电力工业的重要技能进步项目，抓住规划和定点，树立200MW以上各种容量机组的仿真机，运转人员上岗前有必要在仿真机进行为期不少于一个月的仿真培训，并逐渐作到人员定时轮训。
在这个阶段我国引入了几台国外开发的电厂仿真机。如1986年国家核安全局从美国引入了一台900MW压水堆核电仿真机，设备在清华大学；一台550MW原理型火电仿真机设备在华北电力学院；1987年随华能大连电厂主设备从日本带进一台350MW火电仿真机，设备在大连电力技校；1988年从美国引入一台300MW火电全规模仿真机，设备在北京电力校园，可是这台仿真机价格非常贵重，高达670万美元，这是我国国力难以承受的。
2.3.3 我国开展火电仿真机的顶峰
进入九十时代，西方兴旺国家动力开展简直处于阻滞状况，新电厂制作削减，因而它们的电厂仿真机工业相应地也没有满足的商场而纷繁封闭。
这个阶段电厂仿真机开展的杰出特色是在我国：1988年我国国家动力部宣布“关于开展火电机组模仿培训设备的告诉”之后，国内电厂仿真机开发公司的盲目开展也是在前史上国际各国所未有过的，到1993年末竞然有20多家电厂仿真机开发公司或中心呈现。可是该时期运转的国产仿真机数目只要15台，其间清华大学出产8台；华北电力学院3台；亚洲仿真公司2台；东南大学1台；西安热工研讨所1台。清华大学和华北电力学院联合被国家科委等单位评为1992年全国十大科技成就。
与此一起，电网调度仿真机、水电仿真机、变电站仿真机也在开发，但数量较少。1992年清华大学完结的我国第一套电力体系调度仿真体系设备在东北电管局调度中心，获电力部科技进步一等奖和国家科技进步二等奖；1993年完结的我国第一台水电仿真机，仿真目标为吉林省的饱满水电站。
到1997年，我国电力部门的火电机组培训仿真机现已到达68台，除广西、海南和西藏外，各省市均树立了火电仿真培训中心。一部分新建大型火电厂也具有自己的培训仿真机。
3 我国投入运用和正在制作的火电仿真机的散布状况
据不彻底统计，只是十年之内，到1997年我国现已投入运转和签定合同的火电厂仿真机数量已敏捷到达68台；核电仿真机3台；水电厂仿真机2台；电网调度仿真机5台，这些归于电力工业的培训仿真机合计到达78台，成为国际上仅次于美国的第二个电力工业仿真机具有大国。其间单就火电仿真机而言，其数量已占国际第一位，并且近90％是由国内自己研发和开发的，充沛显现了我国具有强壮的仿真技能和仿真机开发实力。各省市的培训中心现已具有或规划建成200MW－600MW各种标准类型的火电培训仿真机；还有不少发电厂如华能福州电厂、华北盘山电厂等独自具有自己运用的仿真机。
这些仿真机的散布是：东北电网占有10台火电仿真机，一台电网仿真机，一台水电仿真机；华北电网占有16台火电仿真机，一台核电仿真机，一台电网仿真机；华东电网有18台火电仿真机，一台核电仿真机。华中电网有12台火电仿真机，一台核电仿真机，二台电网仿真机；西南电网有7台火电仿真机。西北电网5台火电仿真机，一台水电仿真机，一台电网仿真机。
从开发单位来看，清华大学开发的有23台，其间包含19台火电、两台水电、两台电网仿真机；华北电力学院开发18台火电仿真机；亚洲仿真公司开发15台，其间14台火电，一台核电仿真机。上述三个单位开发的仿真机数量共为56台，占我国电力工业仿真机总量的72％。从美、日、法等国家进口了9台。其他13台为国内其它8家仿真开发单位所完结。
不只如此，我国已有才能出口电厂仿真机，1995年8月清华大学完结了向巴基斯坦出口我国第一台仿真机的使命，仿真目标为木扎法戈电厂210MW燃油机组。一起因为独立开展火电仿真体系和技能，开发成功面向目标、面向工程的模块化、图形化、高精度的建模办法；有着独立研发成功的为支撑仿真机的开发、调试、运转办理等仿真支撑环境软件。这些建模和支撑软件东西于1996年出口韩国，成为国际上有才能出口电力仿真技能的先进国家。
