OTS2000水電仿真平臺多廠同臺仿真的研究與實現(xiàn)

姜方紅,李延風(fēng),李亦凡,史小杰,馬洪亮

(1.中國華電集團發(fā)電運營有限公司,北京 100031; 2.北京華電水電有限公司,北京 101512;3.中國水利水電科學(xué)研究院,北京 100038)

OTS2000水電仿真平臺多廠同臺仿真的研究與實現(xiàn)

姜方紅1,李延風(fēng)2,李亦凡3,史小杰2,馬洪亮2

(1.中國華電集團發(fā)電運營有限公司,北京 100031; 2.北京華電水電有限公司,北京 101512;3.中國水利水電科學(xué)研究院,北京 100038)

現(xiàn)有的水電仿真系統(tǒng)大多只針對某一個水電廠。對于擁有多個水電廠發(fā)電企業(yè)集團而言,建成一個包含所屬各水電站模型的仿真培訓(xùn)平臺更符合企業(yè)靈活集中培訓(xùn)需求。本文以北京華電水電公司仿真培訓(xùn)系統(tǒng)為例,介紹了可搭載多個水電站仿真模型的OTS2000水電仿真平臺的設(shè)計思想及實現(xiàn)功能,可以滿足不同水電站從業(yè)人員同時集中培訓(xùn)的需求。

水電廠;仿真培訓(xùn);O TS2000

1 引言

隨著我國水電行業(yè)的飛速發(fā)展和對安全生產(chǎn)意識的加強,傳統(tǒng)的培訓(xùn)手段已不能滿足行業(yè)內(nèi)培訓(xùn)需求,越來越多的發(fā)電企業(yè)開始應(yīng)用水電仿真培訓(xùn)這一新模式。但是現(xiàn)有的水電仿真系統(tǒng)大多只針對某一個水電站單獨開發(fā),對不同水電站的員工進行仿真培訓(xùn)就意味著要建立多套仿真培訓(xùn)系統(tǒng),對于擁有多個水電站的發(fā)電企業(yè)來說既增加了建設(shè)成本與管理成本,也不便于員工集中培訓(xùn)。

北京華電水電有限公司不僅負(fù)責(zé)密云水電廠的運維發(fā)電,還承擔(dān)著每年華電集團大量水電從業(yè)人員的培訓(xùn)任務(wù),因此,建立一套既可以滿足本廠人員培訓(xùn)又滿足集團人員培訓(xùn)需求的仿真培訓(xùn)系統(tǒng)十分必要。

本文介紹的基于OTS2000水電仿真平臺的北京華電水電仿真培訓(xùn)系統(tǒng),搭載了密云水電廠和柬埔寨額勒賽水電站兩套仿真模型,在滿足本廠培訓(xùn)的同時,還可以實現(xiàn)海外水電廠的國內(nèi)培訓(xùn),國外上崗,為企業(yè)節(jié)約了大量培訓(xùn)及管理成本。為解決流域或大型發(fā)電企業(yè)的集中培訓(xùn)提供了良好的解決方案。

2 OTS2000平臺特點

OTS2000系統(tǒng)平臺獨特的設(shè)計思想及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為多廠同臺仿真的實現(xiàn)打下了良好的基礎(chǔ)[1][2]。圖1為OTS2000系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)圖,它的主要特點如下:

圖1 OTS2000軟件結(jié)構(gòu)圖

2.1 與監(jiān)控系統(tǒng)一體化設(shè)計與運行

與監(jiān)控系統(tǒng)一體化設(shè)計與運行是OTS2000仿真平臺區(qū)別于其他電力仿真軟件的最大特點。仿真平臺建立在成熟的H9000 4.0監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)上,操作界面、實時數(shù)據(jù)的采集處理、系統(tǒng)下令等都與實際監(jiān)控系統(tǒng)完全一致,不僅實現(xiàn)了水電站設(shè)備和監(jiān)控系統(tǒng)的全民仿真,必要時還可以單向召喚實際監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù),培訓(xùn)效果更加逼真,貼近實際[3]。

2.2 根據(jù)物理原理圖形化建模

模型的建立以物理原理為基礎(chǔ),模擬與仿真對象相同或相似的動態(tài)特性及靜態(tài)特性。建立模型的手段則是通過SimuStudio,OTS2000平臺下的一款可視化圖形化建模工具。SimuStudio支持在線圖形化建模,可將軟件中的模塊算法根據(jù)被仿對象的特性及邏輯關(guān)系通過連線的方式連接起來,組態(tài)成所需的模型。建模人員還可根據(jù)需要,編寫新的設(shè)備算法模塊,擴充進動態(tài)算法庫。

2.3 智能考核評分及“教-學(xué)-練-考-評”等豐富的培訓(xùn)手段和完整的評價體系

教學(xué)分為理論文檔學(xué)習(xí)與實際操作模擬學(xué)習(xí)兩部分,學(xué)員可以自行學(xué)習(xí)正常操作及事故緊急處理等操作,也可以由教員從教員站統(tǒng)一下發(fā)考核任務(wù)[5]。系統(tǒng)通過智能考核算法對學(xué)員的學(xué)習(xí)成果進行自動考評。教員與學(xué)員均可即時查詢到相關(guān)結(jié)果,并提示正確答案或操作步驟。

2.4 基于三維引擎的水電三維仿真培訓(xùn)平臺

采用基于仿真引擎,建立三維虛擬交互式的水電廠,可以模擬設(shè)備巡檢、設(shè)備操作、事故故障場景、安全防護等,使培訓(xùn)學(xué)員在仿真系統(tǒng)上達到近似在實地培訓(xùn)的效果,培訓(xùn)效果更明顯[4]。特別對于額勒賽這樣由中國公司負(fù)責(zé)運營的境外水電廠,三維虛擬水電廠的仿真,可以達到身臨其境的仿真效果,使得派出人員在國內(nèi)就已經(jīng)基本熟悉了境外水電站各層的結(jié)構(gòu)及設(shè)備操作,能夠很快適應(yīng)當(dāng)?shù)氐墓ぷ鳝h(huán)境。這樣不僅可以節(jié)約在國外培訓(xùn)的費用和時間,也緩解了員工初到國外緊張和焦慮的情緒,有利于工作的順利開展。

3 多站同臺仿真功能的實現(xiàn)

3.1 多廠仿真模型管理

由于OTS2000平臺上的水電廠模型都是采用SimuStudio中的通用模塊組態(tài)化建模,可以靈活修改模型的控制邏輯和設(shè)備參數(shù),建成的模型及相關(guān)的工況數(shù)據(jù)都保存在Simustudio的工程文件夾內(nèi)。在啟動模型運算引擎時,學(xué)員可以根據(jù)需要選擇不同的模型。因此,雖然各個電廠實際設(shè)備差異很大,但都可以被同一個模型引擎調(diào)用,這是OTS2000系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多廠同仿的技術(shù)基礎(chǔ)。

在北京華電水電仿真系統(tǒng)中,密云水電廠和額勒賽水電廠的模型文件被分別命名為MY和ELS,在啟動模型引擎時,會彈出模型選擇窗口。

3.2 多廠數(shù)據(jù)管理

仿真系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)包括以下幾種,1)水電廠的監(jiān)控數(shù)據(jù),水電廠監(jiān)控系統(tǒng)中采集及下令的數(shù)據(jù)點;2)仿真模型中的數(shù)據(jù),仿真對象的各種參數(shù)及模型計算的中間點;3)培訓(xùn)管理的數(shù)據(jù),包括學(xué)員用戶信息、案例庫管理、學(xué)習(xí)文檔管理、操作學(xué)習(xí)記錄等。管理好各廠的上述的眾多仿真數(shù)據(jù)是實現(xiàn)多廠同仿功能的關(guān)鍵。

多廠數(shù)據(jù)管理要解決兩點問題,一是不同水電廠的數(shù)據(jù)相互獨立,不發(fā)生錯亂;二是數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)要相同,方便平臺的統(tǒng)一調(diào)用和處理。解決方式是在仿真數(shù)據(jù)服務(wù)器上根據(jù)被仿廠站數(shù)量建立多個結(jié)構(gòu)相同的數(shù)據(jù)庫,不同水電廠的數(shù)據(jù)分開保存,互相獨立,互不干擾。存取路徑在配置文件中配置,用戶通過修改相關(guān)配置文件即可讓平臺讀取或存儲所需水電廠的數(shù)據(jù)。即使水電廠數(shù)據(jù)規(guī)模不同,但數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相同,平臺對數(shù)據(jù)處理的方式相同,就能實現(xiàn)同一平臺對不同廠站數(shù)據(jù)的調(diào)用。

3.3 廠站工程管理

對于一個包含多個廠站仿真模型的復(fù)雜平臺,如果僅在一個文件夾內(nèi)保存所有的仿真工程文件,會顯得雜亂、可讀性差且不便于管理。因此, OTS2000平臺為廠站分別建立工程文件夾,保存各自的數(shù)據(jù)、界面、配置文件等。保證了不同廠站文件的獨立性。系統(tǒng)可根據(jù)需要選擇調(diào)用路徑,實現(xiàn)對不同廠站仿真系統(tǒng)的訪問。由于OTS2000系統(tǒng)是與H9000監(jiān)控系統(tǒng)一體化設(shè)計開發(fā)的,仿真系統(tǒng)文件結(jié)構(gòu)與H9000監(jiān)控系統(tǒng)完全一致,這也方便了監(jiān)控系統(tǒng)集成成果在仿真系統(tǒng)的復(fù)用。

4 結(jié)語

現(xiàn)在OTS2000水電站仿真平臺多廠同仿技術(shù)已經(jīng)在北京華電水電仿真系統(tǒng)項目中獲得成功應(yīng)用,實現(xiàn)了在同一平臺上建立了密云和額勒賽兩座水電廠的仿真培訓(xùn)的應(yīng)用。未來在平臺開發(fā)過程中,我們還將根據(jù)實際項目需要,對同仿電站的數(shù)量以及模型庫進行擴充,將光伏、風(fēng)電廠等不同類型新能源電廠也接入OTS2000仿真培訓(xùn)平臺中,實現(xiàn)多廠多類型電源同仿,以適應(yīng)當(dāng)前各大發(fā)電集團多種能源綜合利用的多樣化發(fā)展趨勢。

多廠同仿技術(shù)是我們在基于OTS2000水電站仿真培訓(xùn)平臺上的一次大膽創(chuàng)新與嘗試。不僅可以滿足各大水電公司對下屬電廠集中控制,集中管理培訓(xùn)的發(fā)展趨勢,還可以適應(yīng)電力行業(yè)領(lǐng)域的專業(yè)院校對學(xué)員的全面培養(yǎng)的需求,具有十分廣闊的推廣前景。

[1]王德寬,李鵬.水電站監(jiān)控系統(tǒng)培訓(xùn)仿真技術(shù)的設(shè)想與初步研究[J].水電廠自動化，2000(3):122.

[2]王德寬.OTS2000系統(tǒng)的設(shè)計思想及功能實現(xiàn) [J].水電自動化與大壩監(jiān)測，2003(2).

[3]王德寬,楊葉平.H9000 4.0V環(huán)境下的水電廠仿真培訓(xùn)系統(tǒng)[J].2008.31(3):32-35.

[4]張衛(wèi)君，張顯兵,王翔,等.OTS2000培訓(xùn)仿真系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實平臺研究[J].水電站機電技術(shù)，2014，37（3）：75－76.

[5]張衛(wèi)君，王德寬,張顯兵,等.應(yīng)用于職業(yè)教育培訓(xùn)的水電仿真系統(tǒng)平臺[J].水電站機電技術(shù)，2015，38（7）：62－64.

TP391.9

A

1672-5387(2017)07-0040-02

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.07.012

2017-04-27

姜方紅(1968-),女,高級工程師,從事水電站生產(chǎn)運行研究工作。