在線仿真技術(shù)在伊敏發(fā)電廠的應(yīng)用

在線仿真技術(shù)在伊敏發(fā)電廠的應(yīng)用
摘要：本文首先從在線仿真系統(tǒng)的概念進(jìn)手，對(duì)其進(jìn)行一個(gè)較為扼要的先容；然后用系統(tǒng)組成的方式先容來(lái)在線仿真系統(tǒng)的各個(gè)部分；通過(guò)對(duì)軟件功能進(jìn)行重點(diǎn)剖析，闡述在線仿真系統(tǒng)在伊敏電廠的實(shí)施與應(yīng)用價(jià)值。
1　引言
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電廠仿真技術(shù)也在發(fā)生著日新月異的變化，實(shí)時(shí)仿真技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用于運(yùn)行職員培訓(xùn)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)驗(yàn)證等方面，但這些仿真系統(tǒng)都是與機(jī)組運(yùn)行和生產(chǎn)治理沒有直接聯(lián)系的孤立系統(tǒng)。另一方面，電廠仿真技術(shù)的發(fā)展使模型的精度和仿真的深度有了很大發(fā)展，在很多方面大大超過(guò)了職員培訓(xùn)需求的范疇，而信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)以及電廠的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)的高速發(fā)展使電廠大量數(shù)據(jù)的共享成為可能。這種數(shù)據(jù)共享會(huì)進(jìn)步電廠數(shù)據(jù)的利用效率，產(chǎn)生更多的附加值，從而更好地發(fā)揮仿真系統(tǒng)及信息系統(tǒng)的效能。數(shù)字化電廠[2]解決方案適時(shí)而生，將生產(chǎn)與治理有機(jī)融為一體，是對(duì)電廠的控制、仿真與信息系統(tǒng)的整體解決方案。其首要完成的就是其基礎(chǔ)組成部分-在線仿真系統(tǒng)（On-LineSimulation,OLS）。 電容表| 電力分析儀| 諧波分析儀| 發(fā)生器| 多用表| 驗(yàn)電筆| 示波表| 電流表| 鉤表| 測(cè)試器| 電力計(jì)| 電力測(cè)量?jī)x| 光度計(jì)| 電壓計(jì)| 電流計(jì)|
對(duì)伊敏電廠而言，在線仿真系統(tǒng)用"科英"支撐平臺(tái)建立實(shí)時(shí)共享數(shù)據(jù)庫(kù)，接收現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)、在線仿真系統(tǒng)模擬的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)地對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理，并保存在實(shí)時(shí)共享數(shù)據(jù)庫(kù)與歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)信息的全面共享。這種信息的共享能實(shí)現(xiàn)在線的運(yùn)行分析，輔助電廠的運(yùn)行，并對(duì)故障進(jìn)行在線猜測(cè)、報(bào)警、診斷與分析，從而進(jìn)步電廠的安全性和經(jīng)濟(jì)性。
從技術(shù)上講，在線仿真與傳統(tǒng)離線仿真相比，技術(shù)上的主要差異包括：
(1)更全的共享信息：建立包括控制系統(tǒng)、仿真系統(tǒng)的實(shí)時(shí)/歷史共享數(shù)據(jù)庫(kù)；
(2)更精細(xì)的在線仿真模型：通過(guò)與電廠現(xiàn)場(chǎng)同步來(lái)丈量模型的精細(xì)度；
(3)更高的穩(wěn)定性要求：長(zhǎng)期在線不中斷運(yùn)行；
(4)更自動(dòng)投進(jìn)：在線仿真系統(tǒng)投進(jìn)時(shí)，系統(tǒng)有能力自動(dòng)初始化到電廠實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)；
(5)更高的智能化水平：在參數(shù)整定、現(xiàn)場(chǎng)操縱有效性判別等方面具備自學(xué)習(xí)能力；
(6)更多的與經(jīng)濟(jì)性和安全性相關(guān)的參數(shù)；
(7)更高的完整性與可維護(hù)性要求：監(jiān)控頁(yè)面的自動(dòng)轉(zhuǎn)換與控制系統(tǒng)組態(tài)的自動(dòng)轉(zhuǎn)化；
(8)更大量更完整的歷史數(shù)據(jù)庫(kù)：達(dá)12個(gè)月的歷史數(shù)據(jù)，秒級(jí)的訪問(wèn)速度；
(9)更強(qiáng)的數(shù)據(jù)分析手段，可以對(duì)任意歷史狀態(tài)進(jìn)行返回跟蹤或記錄重演，對(duì)任意變量的歷史值進(jìn)行分析；
(10)更先進(jìn)的技術(shù)：能夠支持多用戶共享內(nèi)存、多進(jìn)程獨(dú)立調(diào)度的運(yùn)行模式，完成對(duì)多種功能的多種時(shí)間片的獨(dú)立實(shí)時(shí)控制與調(diào)度；
(11)更多的運(yùn)行模式：支持在線同步仿真、離線仿真和在線猜測(cè)仿真等運(yùn)行模式，并且可以存在多種模式同時(shí)運(yùn)行的情況；
(12)更便捷的應(yīng)用：實(shí)時(shí)在線發(fā)現(xiàn)或猜測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的異常情況，并分析導(dǎo)致異常工況或事故工況的可能原因；
2　系統(tǒng)組成
伊敏的在線仿真系統(tǒng)可運(yùn)行于在線、快速及離線三種模式，跟蹤、猜測(cè)與模擬機(jī)組的操縱及指示。它由以下部分組成：
(1)主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：由兩臺(tái)雙機(jī)熱備系統(tǒng)和一個(gè)磁盤陣列組成。運(yùn)行仿真模型與"科英"平臺(tái)，建立歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，是應(yīng)用與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。
(2)仿真操縱站：采用6臺(tái)HP工作站。運(yùn)行與現(xiàn)場(chǎng)完全一致的模擬操縱員站，可以同時(shí)模擬多達(dá)四模式：離線模式、重演模式、返回追蹤模式、在線模式。
(3)仿真就地站：采用1臺(tái)HP工作站。模擬與現(xiàn)場(chǎng)完全一致的就地設(shè)備與管網(wǎng)，并可模擬操縱。
(4)仿真信息站：采用2臺(tái)HP工作站。在線信息站是在線仿真系統(tǒng)的人機(jī)界面，它是所有在線信息的集成體現(xiàn)。信息站總圖顯示了全廠的流程及主要參數(shù)顯示�？稍诙嗯_(tái)工作站上啟動(dòng)信息站，并且互不影響。其包括以下12項(xiàng)功能：
l趨勢(shì)：對(duì)所有的標(biāo)簽量進(jìn)行實(shí)時(shí)/歷史數(shù)據(jù)的趨勢(shì)顯示。每幅畫面可同時(shí)顯示6條曲線，可進(jìn)行縮小、放大、平移顯示；
l報(bào)表：包括了所有經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的報(bào)表及日志報(bào)表，小指標(biāo)競(jìng)賽，及生產(chǎn)日?qǐng)?bào)等。
l參數(shù)一覽：對(duì)計(jì)算的特征參數(shù)按照?qǐng)D形化方式顯示；
l故障診斷：對(duì)已發(fā)生的故障顯示其故障原因，如有必要還可以顯示推理結(jié)果。
l預(yù)警：對(duì)未來(lái)發(fā)生的異常事件進(jìn)行猜測(cè)。
l控制研究：提供了對(duì)在線系統(tǒng)的參數(shù)修改能力，并計(jì)算其等效二階系統(tǒng)的品質(zhì)參數(shù)。
l數(shù)據(jù)校驗(yàn)：對(duì)采集的DCS數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，并將不公道項(xiàng)顯示給運(yùn)行職員。
l系統(tǒng)監(jiān)視：對(duì)主要系統(tǒng)進(jìn)行流程數(shù)值及狀態(tài)顯示，采用VODDT繪制。
l安全分析：分析其電廠熱、電、水的平衡關(guān)系，顯示機(jī)組啟動(dòng)情況、PQ圖，并可做X-Y曲線分析。
l在線試驗(yàn)：提供了漏氫、真空、調(diào)門試驗(yàn)記錄及分析結(jié)果；
l系統(tǒng)設(shè)置：設(shè)置與維護(hù)信息站的相關(guān)內(nèi)容
l幫助：提供操縱指導(dǎo)，并在線提供提示功能。
對(duì)于任意功能頁(yè)面，都可以進(jìn)行預(yù)覽及打印。
(5)仿真控制站
可在主機(jī)或任意工作站上實(shí)現(xiàn)。其控制在線仿真系統(tǒng)的運(yùn)行模式，在離線模式可插進(jìn)故障，培訓(xùn)運(yùn)行職員；對(duì)在線模式，則可完成其初始化等功能；對(duì)快速模式，可設(shè)置猜測(cè)的周期與速率等項(xiàng)目。
3　功能描述
在線仿真系統(tǒng)是將仿真技術(shù)直接運(yùn)用于電廠安全生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，其全物理數(shù)學(xué)模型包括鍋爐、汽輪機(jī)主系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、機(jī)組改造后的DCS控制系統(tǒng)。所有的系統(tǒng)模型均模塊化，采用了TOP-DOWN結(jié)構(gòu)，便于修改及維護(hù)。對(duì)于控制系統(tǒng)模型，則直接轉(zhuǎn)化完成，電氣部分、流網(wǎng)部分則采用面向?qū)ο蟮墓ぞ咧苯犹焐�模型軟件。目前在伊敏發(fā)電廠已經(jīng)投運(yùn)的OLS中的全部功能，為生產(chǎn)提供了很大幫助。
3.1　數(shù)據(jù)采集、初始化與在線運(yùn)行
在線仿真系統(tǒng)可以將現(xiàn)場(chǎng)DCS數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)接進(jìn)數(shù)字化電廠共享數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能，目前數(shù)據(jù)采集和接收周期在1.5秒左右，而目前現(xiàn)場(chǎng)DCS的數(shù)據(jù)刷新為2秒左右，所以基本達(dá)到實(shí)時(shí)要求。
在線仿真系統(tǒng)通過(guò)對(duì)當(dāng)前機(jī)組的數(shù)據(jù)采集以及對(duì)仿真模型內(nèi)部參數(shù)的計(jì)算，建立與實(shí)際機(jī)組當(dāng)前控制方式下相同的工況，即完成對(duì)在線仿真系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)初始化的功能。初始化工況要求電廠機(jī)組處于穩(wěn)定運(yùn)行的條件下進(jìn)行，以保證在線仿真系統(tǒng)實(shí)時(shí)無(wú)擾地投進(jìn)與實(shí)際機(jī)組相連運(yùn)行。初始化后的仿真系統(tǒng)可以與當(dāng)前機(jī)組工況下繼續(xù)運(yùn)行，輔以自學(xué)習(xí)修正，達(dá)到與真實(shí)機(jī)組在線同步運(yùn)行的目的。
在初始化完成后，在線仿真系統(tǒng)將自動(dòng)運(yùn)行，在同步模式下仿真模型同步接受運(yùn)行職員給予DCS系統(tǒng)的操縱信號(hào)，與現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組同步運(yùn)行，可在線跟蹤機(jī)組的起、停、負(fù)荷變化等過(guò)程。測(cè)試結(jié)果表明要害參數(shù)與現(xiàn)場(chǎng)的丈量數(shù)值差異小于2，是值得信賴的。同時(shí)，二次計(jì)算的數(shù)據(jù)同步更新于實(shí)時(shí)共享數(shù)據(jù)庫(kù)。
在線仿真系統(tǒng)的正確運(yùn)行是基于DCS傳遞過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，尤其是經(jīng)濟(jì)性能計(jì)算功能、初始化功能、在線運(yùn)行功能對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的依靠性都非常大。而現(xiàn)場(chǎng)丈量數(shù)據(jù)由于丈量裝置或變送器原因，部分模擬量數(shù)據(jù)存在較大誤差甚至完全錯(cuò)誤。為此，在線仿真系統(tǒng)在使用之前，必須做一次數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以甄別其真?zhèn)�，并予以修正。OLS提供了該項(xiàng)功能：校驗(yàn)從DCS采集的所有模擬量，當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)占有誤時(shí)，將在信息站上給出其原標(biāo)簽號(hào)及其中文含意以及當(dāng)前值，同時(shí)推薦一個(gè)替換值。
3.2　故障診斷、異常猜測(cè)功能
故障診斷功能是對(duì)機(jī)組已發(fā)生的故障進(jìn)行診斷，及時(shí)、快速的報(bào)告故障的發(fā)生，判別故障原因，演示故障的發(fā)生過(guò)程。此功能的主要依據(jù)來(lái)源于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。
故障診斷功能是以故障樹方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在具體故障樹邏輯運(yùn)算中，將發(fā)生故障的征兆作為頂事件，將這一故障征兆發(fā)生的原因作為底事件。而邏輯運(yùn)算則是以頂事件作為征兆，在頂事件發(fā)生時(shí)才作這棵故障樹的邏輯分析。
故障診斷的結(jié)果終極要通過(guò)在線仿真信息站提供給運(yùn)行職員。當(dāng)在線系統(tǒng)診斷到現(xiàn)場(chǎng)有故障發(fā)生時(shí)，通過(guò)在線仿真信息站主界面上的"故障診斷"主功能塊紅色閃動(dòng)，提醒運(yùn)行職員予以關(guān)注，使得不管仿真信息站在何狀態(tài)或運(yùn)行職員在做何操縱，都能醒目地出現(xiàn)故障警示，讓運(yùn)行職員在第一時(shí)間知道這些信息。當(dāng)進(jìn)進(jìn)故障診斷的主界面時(shí)，可以看到最新出現(xiàn)的故障發(fā)生時(shí)間、故障現(xiàn)象（也就是頂事件）、故障原因（底事件）及相應(yīng)的操縱建議。同時(shí)在故障推理過(guò)程中還可一目了然得看到故障樹的邏輯走向，并在相關(guān)參數(shù)趨勢(shì)中看到和此故障有關(guān)的參數(shù)在故障發(fā)生前后十分鐘的趨勢(shì)，也就是整個(gè)故障的演繹過(guò)程，以利于作進(jìn)一步的分析。
在線仿真系統(tǒng)的在線猜測(cè)仿真模式工作在超時(shí)運(yùn)行方式下，接受現(xiàn)場(chǎng)的同步操縱，循環(huán)猜測(cè)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)在未來(lái)的發(fā)生變化趨勢(shì)，并對(duì)可能的報(bào)警現(xiàn)象給出警示。
由在線仿真控制站啟動(dòng)在線猜測(cè)仿真模式，并設(shè)置所猜測(cè)時(shí)間的長(zhǎng)度和預(yù)計(jì)算的循環(huán)周期，設(shè)置模型從凍結(jié)轉(zhuǎn)為運(yùn)行狀態(tài)，即可觀察在線猜測(cè)仿真可能出現(xiàn)的異�；蚬收系念A(yù)警情況。
在信息站上的"猜測(cè)"主界面中，可以看到最新的猜測(cè)信息，包括猜測(cè)信息發(fā)出確當(dāng)前時(shí)間、異�，F(xiàn)象將要發(fā)生的時(shí)間及其標(biāo)簽名。在界面底部還可同時(shí)觀察到超時(shí)運(yùn)行的開始時(shí)間及結(jié)束時(shí)間。
通過(guò)近半年的應(yīng)用，成功地識(shí)別了一些如高加漏水等事故，為判別事故的正確性提出可靠依據(jù)，同時(shí)為處理事故贏得了時(shí)間。
3.3　機(jī)組運(yùn)行過(guò)程的追蹤，重演功能
在線數(shù)據(jù)重演實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)發(fā)生過(guò)的數(shù)據(jù)工況在一比一的在線仿真操縱員站上的重演，有利于現(xiàn)場(chǎng)職員方便對(duì)現(xiàn)場(chǎng)已發(fā)生的異常工況進(jìn)行順序檢查和總結(jié)，是在線仿真的主要功能。
通過(guò)在控制站上啟動(dòng)重演模塊，實(shí)現(xiàn)重演功能。重演的數(shù)據(jù)來(lái)源為利用"科英"平臺(tái)先進(jìn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和壓縮技術(shù)實(shí)現(xiàn)的對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間的記錄。通過(guò)高效、便捷的查詢技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的重演。
OLS在線數(shù)據(jù)重演目前已經(jīng)在現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)得到具體的應(yīng)用，多次用于現(xiàn)場(chǎng)的事故分析和操縱追憶，正確地判別事故的誘因，進(jìn)步了事故的處理能力。
3.4　在線經(jīng)濟(jì)性能計(jì)算
性能計(jì)算分為熱力系統(tǒng)計(jì)算和指標(biāo)計(jì)算兩大部分。熱力系統(tǒng)計(jì)算的目的在于確定熱力系統(tǒng)各部分的參數(shù)及流量，機(jī)組的功率和熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)（汽耗率、熱耗率和煤耗等），是熱力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性診斷理論的基礎(chǔ)。在熱力計(jì)算的基礎(chǔ)上，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)的計(jì)算，經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)的包括汽耗、熱耗、汽機(jī)效率、廠用電率、發(fā)電煤耗、供電煤耗等重要指標(biāo)。經(jīng)濟(jì)性能結(jié)果可以通過(guò)報(bào)表體現(xiàn)，報(bào)表在逐日零點(diǎn)、每月第一日零點(diǎn)自動(dòng)天生，另外提供自定義報(bào)表選項(xiàng)，可根據(jù)需要設(shè)置報(bào)表要求，方便了使用。
在伊敏應(yīng)用中，已經(jīng)開始逐步替換過(guò)往的手工抄表計(jì)算，減少了人為誤差，同時(shí)為小指標(biāo)競(jìng)賽的公平性提供了保障。
3.5　在線試驗(yàn)功能
在線試驗(yàn)功能的目的在于減少現(xiàn)場(chǎng)職員的手工勞動(dòng)，并避免由于手動(dòng)記錄帶來(lái)的誤差�？紤]到現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)有很多繁忙的預(yù)備工作，所以在試驗(yàn)后輸進(jìn)當(dāng)次的實(shí)驗(yàn)開始時(shí)間，并按測(cè)試按鈕，即可通過(guò)信息站記錄的歷史數(shù)據(jù)得到試驗(yàn)結(jié)果。
以漏氫試驗(yàn)為例：其中試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間根據(jù)一般性系統(tǒng)缺省設(shè)置為24小時(shí)，用戶也可自行設(shè)置。當(dāng)按下測(cè)試按鈕后，信息站可自動(dòng)顯示發(fā)電機(jī)氫壓及出口氫溫兩點(diǎn)的趨勢(shì)，并計(jì)算出試驗(yàn)結(jié)果，判定是否合格。
例如，試驗(yàn)計(jì)算兩個(gè)指標(biāo)：
指標(biāo)名稱單位試驗(yàn)結(jié)果合格限值
俄制漏氫率立方米／24小時(shí)1023.5
國(guó)標(biāo)漏氫率％2.41５
4　結(jié)論
通過(guò)在線仿真系統(tǒng)在伊敏發(fā)電廠開發(fā)應(yīng)用一年來(lái)，給電廠在事故分析、重演、試驗(yàn)提供了重要的可信賴的工具，同時(shí)在技術(shù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析方面也提供很大的幫助，非凡是在可靠性、正確性方面。其與現(xiàn)場(chǎng)一致的仿真系統(tǒng)，對(duì)運(yùn)行職員的培訓(xùn)以及面向熱工職員的試驗(yàn)都提供了一個(gè)很好的平臺(tái)。
在線仿真系統(tǒng)在伊敏電廠的成功實(shí)施，是開發(fā)商與電廠雙方努力付出的結(jié)晶。它為電廠的利用仿真技術(shù)來(lái)促進(jìn)生產(chǎn)邁出了堅(jiān)實(shí)的一步，也為后續(xù)的應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。同時(shí)，它也代表著仿真技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方向。