1000MW超超臨界火電機(jī)組仿真平臺應(yīng)用

李青，李健，徐浩

（1.華北電力大學(xué) 工業(yè)過程測控新技術(shù)與系統(tǒng)北京市重點(diǎn)實驗室，北京 102206；2.華北電力大學(xué) 控制與計算機(jī)工程學(xué)院，北京 102206；3.北京國電龍源環(huán)保工程有限公司，北京 100039）

0 引言

為了更好地開展教學(xué)、科研工作，工業(yè)過程測控新技術(shù)與系統(tǒng)北京市重點(diǎn)實驗室于2011年9月建立了1000MW超超臨界火電機(jī)組仿真平臺，該平臺可供24組學(xué)員同時操作。

目前，我國新建火力發(fā)電項目均以大容量、高參數(shù)的大型機(jī)組為主，其中1000MW超超臨界鍋爐已經(jīng)逐漸成為火電機(jī)組的骨干力量。這些機(jī)組普遍具有燃燒效率高、發(fā)電煤耗低和污染物排放少的特點(diǎn)，但同時也對運(yùn)行人員提出了更加嚴(yán)苛的要求[1]。如何讓即將步入電力行業(yè)的學(xué)生對百萬機(jī)組有更加直觀的認(rèn)識，如何使科研人員針對大容量機(jī)組的創(chuàng)新工作能夠得到有效驗證，如何使相關(guān)電力從業(yè)人員能夠盡快地熟悉掌握百萬機(jī)組的運(yùn)行規(guī)律和技術(shù)成為了擺在電力教育工作者面前的新問題。目前社會上應(yīng)用較為廣泛的300MW和600MW級別火電仿真系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足上述需要，而1000MW超超臨界火電機(jī)組仿真平臺的出現(xiàn)和應(yīng)用大大緩解了電力教育過程中理論與實際脫節(jié)的現(xiàn)狀。本文旨在立足于1000MW超超臨界火電機(jī)組仿真平臺，探討在新形勢下的電力實踐教學(xué)問題。

圖1 仿真平臺結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Simulation platform structure

圖2 工程師臺界面Fig.2 The engineer set interface

圖3 DCS操作員站啟動界面Fig.3 DCS operator station Launcher

圖4 汽輪機(jī)相關(guān)子系統(tǒng)菜單Fig.4 Turbine subsystem menu

1 平臺結(jié)構(gòu)及功能

1000MW超超臨界火電機(jī)組仿真平臺可實現(xiàn)對實際發(fā)電機(jī)組的1:1全范圍仿真，可進(jìn)行機(jī)組啟停機(jī)、故障處理、小指標(biāo)優(yōu)化等運(yùn)行操作練習(xí)，也可將控制算法嵌入模型服務(wù)器通過觀察仿真機(jī)組運(yùn)行狀況進(jìn)行算法驗證及改進(jìn)等科研工作。該仿真機(jī)基于保定華仿科技股份有限公司STAR-90仿真技術(shù)，為一體化支撐平臺，控制系統(tǒng)邏輯、模型、畫面均由該支撐平臺實現(xiàn)，具有強(qiáng)大的故障模擬，抽點(diǎn)回退等功能。仿真平臺結(jié)構(gòu)如圖1所示。

仿真平臺采用性能卓越的服務(wù)器作為主機(jī)，仿真模型位于主機(jī)中，具有可調(diào)性，用戶可根據(jù)實際要求對模型進(jìn)行修改，添加模型庫，改變控制策略等。

工程師/教練員臺采用可視化的Windows 2003 Server操作系統(tǒng)、圖形建模環(huán)境及直觀易用的操作臺，具有良好的人機(jī)界面，可實現(xiàn)多種窗口顯示、菜單顯示、菜單驅(qū)動等功能，具有顯示畫面豐富，在線監(jiān)測與調(diào)試、使用靈活方便等特點(diǎn)。工程師站可進(jìn)行系統(tǒng)生成及組態(tài)，教練員站可實現(xiàn)仿真教學(xué)及培訓(xùn)功能，如圖2所示。

操作員站則使用高性能微機(jī)，以Windows XP或win7操作系統(tǒng)為運(yùn)行環(huán)境，采用Borland C＋＋ Builder為軟件開發(fā)平臺，實現(xiàn)與實際機(jī)組控制效果一致的仿真監(jiān)控環(huán)境。圖3所示為DCS操作員站啟動界面，圖4所示為汽輪機(jī)相關(guān)子系統(tǒng)菜單。

操作員站與主服務(wù)器通過局域網(wǎng)相連接，保證了仿真系統(tǒng)的實時性。

2 平臺應(yīng)用

2.1 平臺在本科生實踐教學(xué)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

實驗、實踐教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)思維和創(chuàng)新能力、理論聯(lián)系實際，特別是與科學(xué)技術(shù)發(fā)展相適應(yīng)的綜合能力，以適應(yīng)科技發(fā)展與社會進(jìn)步對人才的需求方面有著不可替代的作用[2]。針對四年級本科生開設(shè)的為期一周的“電廠仿真機(jī)實踐環(huán)節(jié)”深受廣大師生歡迎，正是因為它餞行了“厚基礎(chǔ)，重實踐，強(qiáng)能力”的實踐教學(xué)理念，使理論與實踐更好的結(jié)合在一起。

仿真機(jī)實踐環(huán)節(jié)采用專業(yè)教師演示指導(dǎo)，學(xué)生自主練習(xí)的教學(xué)模式。教師以電廠操作規(guī)程為基礎(chǔ)，結(jié)合學(xué)生實際情況，編寫仿真機(jī)指導(dǎo)教材，用于指導(dǎo)學(xué)生上機(jī)使用。

在完成專業(yè)課學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，通過觀看實際電廠照片及相關(guān)視頻，使學(xué)生充分了解火電廠的生產(chǎn)流程、生產(chǎn)設(shè)備的原理及構(gòu)造，由教師結(jié)合仿真機(jī)詳細(xì)講解1000MW超超臨界火電機(jī)組的生產(chǎn)流程。學(xué)生在指導(dǎo)教師的講解下，對整個仿真軟件的系統(tǒng)流程及各操作界面有了相對清晰的認(rèn)識后，開始進(jìn)行上機(jī)操作。上機(jī)內(nèi)容可分為啟停機(jī)操作、故障處理及小指標(biāo)優(yōu)化操作練習(xí)三部分。

啟停機(jī)操作：主要完成機(jī)組冷態(tài)啟動，升負(fù)荷至額定工況運(yùn)行，再降負(fù)荷至停機(jī)的所有操作。學(xué)生按人數(shù)分成若干組，每組人員按電廠實際崗位進(jìn)行分工合作，獨(dú)立完成冷態(tài)啟動的所有操作，從設(shè)備送電，輔助系統(tǒng)投運(yùn)，鍋爐點(diǎn)火升溫升壓，汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)并網(wǎng)帶負(fù)荷，升負(fù)荷，鍋爐濕態(tài)轉(zhuǎn)干態(tài)，CCS投入，直至滿負(fù)荷運(yùn)行。完成啟機(jī)操作后，機(jī)組為額定負(fù)荷，接下來進(jìn)行停機(jī)演練，降負(fù)荷，發(fā)電機(jī)解列，降轉(zhuǎn)速惰走直至主軸停止。指導(dǎo)教師在學(xué)生操作前先進(jìn)行重點(diǎn)步驟快速演示，進(jìn)而在學(xué)生實際操作中負(fù)責(zé)解決其所遇到的問題，并將問題引申與專業(yè)課程中所學(xué)內(nèi)容相聯(lián)系，鞏固學(xué)生理論知識的學(xué)習(xí)[3]。該仿真系統(tǒng)所具有的保存讀取狀態(tài)及抽點(diǎn)回退功能（見圖2），使得學(xué)生在操作錯誤導(dǎo)致失敗時可退回到上一正常狀態(tài)，不至于過多浪費(fèi)時間進(jìn)行重復(fù)操作。通過啟停機(jī)的操作練習(xí)，學(xué)生已熟悉電廠的主要操作，能夠基本掌握電廠的實際操作流程。

故障處理：由指導(dǎo)教師設(shè)置故障，學(xué)生通過觀察參數(shù)或設(shè)備狀態(tài)變化等現(xiàn)象找出故障問題并進(jìn)行處理，如一次風(fēng)機(jī)跳閘引起RB、給水泵跳閘引起RB、主汽溫度異常等。通過故障處理，實際鍛煉了學(xué)生理論聯(lián)系實際的處理問題、解決問題的能力，同時加深了對課堂知識的理解。

小指標(biāo)優(yōu)化操作練習(xí)：1000MW超超臨界機(jī)組相比其他機(jī)組的優(yōu)勢在于效率較高，而效率的提高除與機(jī)組本身的性能有關(guān)外，與運(yùn)行人員的操作水平也息息相關(guān)，如通過各輔機(jī)的相互配合操作，可達(dá)到發(fā)電煤耗更低的目的。因此，有必要讓學(xué)生在充分熟悉電廠的主要操作的前提下，練習(xí)如何優(yōu)化運(yùn)行，為將來快速適應(yīng)工作崗位打下堅實的基礎(chǔ)。

2.2 平臺在科研中的應(yīng)用

由于該平臺為一體化支撐平臺，控制系統(tǒng)邏輯、模型、畫面均由該支撐平臺實現(xiàn)，仿真模型位于主機(jī)中，所有控制策略及算法采用STAR-90算法編寫，內(nèi)嵌在模型庫中，STAR-90算法庫可對用戶開放，用戶可根據(jù)實際要求對模型進(jìn)行修改，添加模型庫，改變控制策略，因此可將該平臺提供給研究生、教師或其他相關(guān)科研人員，讓科研人員針對大容量機(jī)組的創(chuàng)新工作能夠盡快得到驗證和落實。

目前，實驗室研究人員已利用該平臺進(jìn)行了大量科研工作，取得了良好效果，如：研究協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)仿真評價，驗證魯棒控制，預(yù)測控制等算法；研究燃料BTU校正；研究再熱汽溫控制仿真評價等。

2.3 平臺在電力從業(yè)人員教學(xué)中的應(yīng)用

該平臺除應(yīng)用于學(xué)生教學(xué)及科研外，也可用于對電力從業(yè)人員的教學(xué)。針對不同的對象，教學(xué)側(cè)重點(diǎn)有所不同，如針對電廠新入職運(yùn)行人員，則教學(xué)時間較長，應(yīng)嚴(yán)格按照運(yùn)行規(guī)程進(jìn)行反復(fù)操作練習(xí)，尤其要鍛煉其故障處理及小指標(biāo)優(yōu)化運(yùn)行能力；若針對企業(yè)設(shè)計人員，則應(yīng)重點(diǎn)培訓(xùn)其對電廠各子系統(tǒng)工作流程的理解，而不強(qiáng)求其運(yùn)行能力。將仿真平臺用于電力從業(yè)人員的教學(xué)，充分發(fā)揮了平臺功能，為電力行業(yè)培養(yǎng)了一大批專業(yè)技術(shù)人才。

3 結(jié)語

將1000MW超超臨界火電機(jī)組仿真平臺用于電力實踐教學(xué)，使廣大師生得到了理論與實際結(jié)合的機(jī)會，培養(yǎng)了學(xué)生的工程實踐能力、提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)，為科研人員進(jìn)行研究工作提供了支持，也為電力行業(yè)培養(yǎng)了一大批專業(yè)技術(shù)人才。平臺適應(yīng)了不同類型、不同層次學(xué)習(xí)者的需求，取得了令人滿意的效果。

[1]江哲生,董衛(wèi)國,毛國光.國產(chǎn)1000MW超超臨界機(jī)組技術(shù)綜述[J].電力建設(shè),2007,28(8):6-13.

[2]胡剛剛,楊志平,徐鴻,等.能源動力類實驗教學(xué)示范中心[J].實驗技術(shù)與管理,2010,27(7):112-114.

[3]胡剛剛,王美,楊志平,等.以仿真為特色的電廠實踐教學(xué)平臺建設(shè)與應(yīng)用[J].中國電力教育,2009(137).