电厂系统仿真范文

电厂系统仿真范文（精选9篇）

电厂系统仿真 第1篇

1 数学模型的形成条件

电厂热工分场的相关操作人员要进行针对性的系统仿真培训, 这些工作人员更加关注厂用电系统的监视和操作。此外, 因为厂用电系统的功率消耗以及所带负荷在发电机总功率中的比重较小, 且大部分厂用电子系统都是辐射网, 因此在精度要求得到满足条件下, 可在计算中交流潮流可以用直流潮流进行替代, 可以提高计算速度, 解决交流潮流计算时可能出现的问题[1]。

2 数学模型及几个算法

2.1 发电机模型和CMALGGenerator的算法

发电机是电厂电气系统仿真的主要设备之一。发电机的数学模型不仅仅能够正确的反映启动、正常运行、同期并网等一般工作情况, 而且可以在系统呈现出负荷变化、甩负荷等发电机故障等工况时准确的反映出相应的参数变化。运用端电压、发电机定子电流、有功功率及无功功率输出、发电机频率及损耗等计算方式是CMALGGenerator的主要算法, 以此来满足DCS画面显示要求[2]。

2.1.1 端电压UG

发电机端电压UG和空载电势E相同。系统汽轮机转速超过转速的临界值2950r/min且相对稳定后, 这时应该准备同期的并网。通过合灭磁开关对励磁电阻进行相对应的调节, 来控制相应励磁电流的增加。通过机组特定的空载特性曲线, 对发电机的空载电势进行准确的计算, 并通过此得出相对应的端电压。在汽轮机转速、电压幅值达到相对应的条件时再来并网。

通过计算得出发电机端电压并网后的准确数值。把负荷当作流程边界来进行计算, 从而得出包含发电机端口电压等在内的各个母线的电压。

2.1.2 发电机定子电流为

式中Out Pha和G分别为发电机端电压相角 (rad) 、发电机导纳。

2.1.3 发电机有功功率、无功功率分别为

2.1.4 发电机损耗为

其中:风损耗WFL;铁心损耗TL;附加损耗AL;定子电阻Rs;转子电阻RT;发电机额定电压UN;轴瓦摩擦损耗TFL;额定电流IN;额定转速Vn。

2.2 励磁系统模型和CMALGExcitation算法

励磁机的各种运行状态机工况下的相应动态变化都由励磁系统模型正确反映出来, 其中还包含包括启停、发电机跳闸等情况。在解决自动调整A、B柜输出电压、电流;工频手动励磁输出电压电流、以及发电机主励磁机电压、电流时主要用CMALGExcitation算法[3]。

主励磁电压为:

主励磁电流为:

式中:USET为设定值:手动励磁调节器输出电流Iaf;发电机端电压UG;手动励磁调节器系数K1;可控硅最大输出电压E;自动励磁时间常数TA和调节器稳定时间常数TF;可控硅最小输出电压UL;自动电压调整A柜系数KAA、调整B柜系数KAB;自动励磁调节器稳定系数KF;自动励磁调节器比例系数KA;自动电压调整A柜系数KAA、调整B柜系数KAB;拉普拉斯算子S;系数C1、C2、K。

2.3 变压器模型和CMALGTransformer的算法

变压器、变压器手动及自动保护开关组成了变压器相应模型。在变压器发生故障、检修、非正常时自动及非自动保护开关的工作状态量需要通过变压器相应模型反映出来。变压器相应高低压侧电流计电压的计算问题, 对双绕组变压器各侧参数在正常或者异常状况下的相关变, 主要通过CMALGTransformer算法进行反映。

2.3.1 变压器低压侧电压为

2.3.2 变压器高压侧电压为

2.3.3 变压器电流为

式中变压器导纳G;高压侧电压的相角系数AUPF、幅值系数AGF、相角In Pha;低压侧电压的相角系数AUPL、幅值系数AGL、相角Out Pha。

2.4 开关模型及CMALGBranch算法

断路器、刀闸、两者组合等开关系统的相应逻辑状态可以通过开关模型反映出来。依据实际经验和电厂仿真特点, 将开关连接的两端母线视为不同节点, 将开关视作阻抗较小的一个元件, 相应的线路就如同一条导纳较大的支路, 通过计算得到通过开关的电流大小。CMALGBranch算法依据上述开关模型得出:

支路电流为:

式中G为设定的很大的导纳值;Ul、Uf、Out Pha、In Pha分别为开关两侧的电压和相角。

3 图形建模及实现过程

Win PROS动态仿真平台带有各种工艺及多种DCS控制算法组成的算法库。通过将算法库中的相应算法模块进行连接, 可以构成相应的过程模型, 从而实现交互式在线开发, 相应的模型开发和维护更加便利。

以上述各元件、设备算法为基础, 运用有关的软件编程构建电厂电气系统的算法库, 其中包括了专用算法库和通用算法库。依据电厂设计图、系统原理图以及组成设备的相应原始数据, 运用模块参数化以及模块组态方法来建立系统仿真模型。模块组态是将系统单一元件的相应图标先嵌入系统, 然后以系统图中各设备的原始数据为基础, 从系统算法库中选取相应算法进而生成一个模块。一般针对类型相同的设备选择相同的算法, 生成不同的模块。各模块间相对独立, 分别由多个或单个系数、输入及输出组成。建立单个模块之后, 将物理上有关联的不同模块依据系统的相应网络结构进行输出和输入的连接, 从而构成模块图。

发电厂电气系统可以视为一个完整系统, 系统中的单一元件或设备可视为单一模块, 再通过有关的仿真平台进行相应的图形建模, 从而实现发电厂电气系统仿真。文中所述仿真开发系统修改、扩充及维护都很方便, 能够明显减少工程师建模中的大量重复性工作。

摘要：电厂电气系统仿真的基础是数学建模。本文把电气系统的单一元件、设备当作一个模块, 并且分别编写相应的算法组成系统算法库, 运用图形建模方法进行组态, 从而完成对电气系统的仿真。该算法经过在一些地方电厂仿真系统中的应用, 得到的仿真结果可以满足现场工作要求。

关键词：数学模型,电厂系统仿真,建模

参考文献

[1]胡天濡.浅谈电厂仿真系统[J].硅谷.2009 (21) :19.

[2]王延玲, 邓基杰.数据库技术在当代电厂仿真中的应用[J].电脑知识与技术.2011 (06) :34.

电厂系统仿真 第2篇

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仿真控制在电厂化学水处理系统中的应用研究

陈颖敏，左俊利，惠远峰，程立国，（华北电力大学环境科学与工程学院，河北保定０７１００３）

摘要：介绍３００ＭＷ火电机组电厂化学水处理系统的仿真研究，建立了电厂化学水处理系统的仿真数学模

型，通过仿真实验验证，其仿真结果达到了预期要求，可以实现电厂化学水系统的仿真控制功能。关键词ｉ 电厂化学；数学模型；仿真

［Ｓｉ０２］、Ｋ、ｐＨ一给水中Ｓｉ０２含量（舭）、０引言 应用计算机仿真技术１１Ｊ，对实现电厂化学水 处理系统的仿真控制，对提高电厂化学水处理系

统的运行维护水平具有重要意义。本文针对

导电度（ｉ．ｔｓｄｃｍ）、ｐＨ值的实际值。

１．２温度对联氨和氧反应的影响模型

阿累尼乌斯公式可精确表征反应速度与温度的关系：

３００Ｍｗ火电机组建立了电厂化学水处理系统的 一系列仿真数学模型„，开发了一套电厂化学水 处理系统的仿真软件，可以动态模拟火电厂化学 水处理系统的启停操作、运行调整、参数显示等功 能。为了验证仿真数学模型的正确性，利用该仿 真软件进行了仿真实验，实验结果达到了预期要 求。本文的研究成果既能用于科学研究，又能用

于运行仿真培训。

ｋ置＝１０．３１一面７面４２６而．５

式中；Ｋ一反应速率常数： ｔ一温度。１．３［Ｐ０４３］与［Ｈ＋］关系‘３１模型

（４）

３００ＭＷ机组临界锅炉水的ｐＨ值主要取决于炉

水Ｎａ３Ｐ０４含量及其性状。按照磷酸盐在水中的解 离和电中性原则可导出磷酸盐浓度和阻＋】之间的关 系如下巴

１仿真数学模型

本文依据仿真对象确定了电厂化学水处理系 统的主要影响参数和控制参数，建立的仿真数学模 型包括：（１）补给水处理参数模型；（２）凝结水精处 理参数模型；（３）给水处理参数模型：（４）炉水处理 参数模型；（５）零排放反渗透系统模型等。现将部 分模型介绍如下： １．１给水［ｓｉｏｚ］，导电率、ｐＨ值模型

［ＳｉＯｚ］＝［ＳｉＯｚｊ ４－２ ＸＫｅｆｌ

Ｋ＝１ｑ＋０．１

ＸＲｎｄ Ｆ一

ｅ：【塑：上塑：！

‘

（５）

３一，（６）

ｃ．：【塑：】二【丝：！哪日＋】＋２墨％旷］＋３Ｋ，Ｋ２Ｋ，［Ｈ＋】＋墨［日＋】２＋墨疋【日＋】＋墨巧玛

Ｃｅｏ，｜＿＝９５×１０３Ｃ

ｒ７、（８）

（１）（２）（３）

式中：Ｃｌ—ｐ０４３－｝知Ｅ（ｍＤ儿）；

Ｃ２～ＨＰ０４Ｓ－浓度（ｔｏｏｌ／Ｌ）： ＫＩ、Ｋ２、Ｋ３一电离常数，Ｋｌ－－７．６×１０

一、Ｋ２＝６．２ｘ １０～、Ｋ３－－－４．２Ｘ １０一”：

ｐＨ＝ｐＨｉ＋Ｒｎｄ

式中：【Ｓｉ０２１］、Ｋｉ、ｐＨｉ一给水中ｓｉ０２含量（鹏几）、导电率（ｐｓ／ｅｍ）、ｐＨ值的基值；

２４７

２００６年火电厂环境保护综合治理技术研讨会论文集

统的全部仿真控制功能。Ｃｖｏ，３一一Ｐ０４’浓度（ｍｅ，／ｋｇ）?２．２一级除盐系统界面

电厂化学水处理系统的～级复床除盐工艺

２仿真软件的设计

本文针对３００ＭＷ火电厂机组的电厂化学水处 理系统开发了一套仿真软件。软件以Ｖｉｓｕａｌ

Ｂａｓｉｃ

流程界面如图２所示，此系统内部由弱酸阳舛÷一 强酸阳床一弱碱阴床一强碱阴床４台离子交换 器串联组成的，系统之问由３套同种设备并联构 成。待处理的水经预处理系统后，经过一级复床 除盐系统处理，再流到混合床处理系统中去。窗体的中上方有４个控制按钮，分别是启

动、停运、反洗、大反洗。这４个按钮分别表示

６．０”’为开发工具，开发的仿真软件最终以可安 装的应用软件形式出现，完全脱离ＶＢ开发环 境，在Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统下独立运行。软件的界 面包括６个主要化学水系统的流程及控制参数显示

和调整界面，不同水工况下出水水质的动态曲线显

除盐系统的运行工艺，其表示方法与预处理系统 一样，都是通过流水管线的颜色变化来实现。点 击按钮后，就可以很方便直观地了解系统的对应

工艺流程。下方的２个按钮是参数锁定和解锁。窗体文 本框中显示的参数主要是离子交换器的本体参

示界面等。现将开发的部分仿真界面介绍如下。

２．１

电厂化学水处理系统主控界面

电厂化学水处理系统的仿真主控界面如图１

所示，用于显示电厂化学水处理系统的整个流 程，可以让用户对电厂化学水处理系统有一个整 体、直观的了解。它主要由菜单栏、工具栏、子 窗口区和状态条组成，可实现电厂化学水处理系

数，包括：弱酸、强酸、弱碱、强碱离子交换器 的直径、树脂高度和树脂体积。圈１电厂化学水处理系统的主控界面

２００６年火电厂环境保护综合治理技术研讨会论文集

图２一级复床除盐工艺流程界面

反应速率越快，并且随着温度的升高，温度对联

３仿真实验

仿真实验是仿真研究过程中的重要组成部 分。本文依据仿真内容所做的仿真实验包括：给 水中阱Ｈ３】对［Ｃ０２】的影响、温度对给水ｐＨ值的 影响、给水中温度对联氨与氧反应速率的影响、炉水［Ｐ０４３＂】对ｐＨ值的影响”“】、弱酸型离子交

氨除氧效率的影响程度加大。

换树脂失效碱度比对出水平均碱度比的影响、弱 碱型离子交换树脂失效酸度比对出水平均酸度

比的影响等。现将部分仿真实验结果介绍如下。３．１温度对给水ｐＨ值的影响实验 实验条件：Ｃ０２浓度分别为０和８０斗￥／Ｌ，ＮＨ３浓度为１．５３ ｍｇ／Ｌ，依次调整给水温度为 ５０℃、１００℃、１５０℃、２００℃，仿真实验结果如

＾０ Ｉ×『）瞄 ６ ４ ２ ０

图３沮度对给水ｐＨ值的影响

图３所示。从图中可以看出，【ｃ０２】对给水ｐＨ值 的影响随着温度的升高而减弱。当温度达到一定 值（＞１６０℃）时，【Ｃ０２】的影响减弱，水的ｐＨ值 实际上仅取决于ＮＩ－１３浓度和温度。３．２给水温度对联氨与氧反应速率的影响 依次调整给水温度为１００℃、１５０℃、２００℃、２５０℃，实验结果如图４所示，从图中可以看出，在给水系统温度范围内，温度越高，联氨与氧的３．３

８ ６ ４ ２ Ｏ ０ ５０ １００ １５０ ２００ ２５０ ３００

Ｔ（．｜ｃ）

图４给水温度对联氨与氧反应速率的影响曲线

ｔ＃＊［Ｐ０４ａ］对ｐＨ值的影响

２００６年火电厂环境保护综合治理技术研讨会论文集

依次调整炉水旺，０广】为２ｍｇ／Ｌ、３ｍｇ／Ｌ、４ｍｇ／Ｌ、５ｍｇ／Ｌ，Ｒ与ｐＨ值对应，ｐＨｔ为Ｒ＝２．４，ｐＨ２为Ｒ＝２．６，ｐＨ３为Ｒ＝２．７。实验结果如图５所示，在Ｒ值不变

电厂化学水处理设备烦杂，耗费了运行人员的 大部分精力，仿真系统的应用，将会提高他们的工 作效率。综上所述，仿真系统在电厂化学水处理方 面将有着广阔的应用前景。的条件下，０＂０７３越大，ｐＨ值越大，Ｂｐ［ｏｎ］越

多；［Ｐ０２］不变时，Ｒ越大，［ｏＨ］越多，即趋向

于产生游离ＮａＯＨ；同样，当ｐＨ值不变时，Ｒ越

参考文献：

大，∞，一】越小。可见，仿真结果符合实际。

【１】姚俊，马松辉．Ｓｉｍｕｌｉｎｋ建模与仿真咖．西安：西安电

４

子科技大学出版社，２００２，１－８．

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【２】谢兆鸿，范正森．数学建模技术眦】．北京：中国水利

【３，】马慧娟，郭彦中．姚敬泽，等．炉水协调ｐ㈣酸盐处

理们．有色金属分析通讯，２００２（２）：２１－２４

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水电出版社，２００３，２－６．

磷酸根离子浓度（ｍｇ／Ｌ）

【４】清源计算机工作宣．Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ ６．０开发宝典Ｄ棚．北 京：机械工业出版社，１９９４，２－８． 【５】邱武斌，李炳军，路毅，等．炉水协调ｐＨ－－磷酸盐处

圈５炉水【Ｐ吖一】对ｐＨ值的影响曲线

４结论

本文列＇Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ ６．０在电厂化学水处理仿真 中的应用进行了初步的探索，结果表明：Ｖｉｓｕａｌ

Ｂａｓｉｃ

理监躲统的研究与应用删．河南电力，１９９３（４）：２３－２７．的应用与发展叨．长沙电力学院学报：自然科学版，２００２，１７（２）：７７＿８１．

【６】朱志平，陈田．磷酸盐处理技术在汽包锅炉炉水调节中

６．０在电厂化学水处理仿真中具有其独特的优

作者简介：陈颖敏（１９５６一），女，教授，主要从事水和废 水处理的研究和教学工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｕｏｊｕｎｉｉ００５６＠１６３．ｃｏｍ

越性。用Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ ６．０设计出的仿真程序具有如

下优点：①程序简单、易读、使用方便、功能强大； ②程序计算结果可视化程度高，可以方便迅速地利 用数值、图形等表达计算结果；③计算结果稳定性 好：④投资不大，易学易用，对用户耍求也不高。

（责任编辑刘文莹）

仿真控制在电厂化学水处理系统中的应用研究

作者： 作者单位： 陈颖敏，左俊利，惠远峰，程立国 华北电力大学,环境科学与工程学院,河北,保定,071003

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致力于300 MW火电机组电厂化学水处理系统的仿真研究,建立了电厂化学水处理系统的仿真数学模型,通过仿真实验验证,其仿真结果达到了预期要求 , 可以实现电厂化学水系统的仿真控制功能.2.期刊论文 刘海 华能珞璜电厂化学水处理系统的集中控制改造-东北电力技术2008,29(5)

为了提高化学水处理系统的可靠性,华能珞璜电厂对全厂化学水处理、污水处理控制系统进行了集中控制改造.采用了冗余可编程控制器(PLC)对水处 理设备进行集中控制,实现了基于工业以太网的自动化监控和管理功能.改造后,在提高设备可靠性、实现电厂对水资源的合理使用、污水处理在线监测及 达标排放和提高工作效率等方面取得显著成效.3.学位论文 黄绍娃 电厂化学水处理系统的仿真研究 2004

本论文致力于300MW火电机组电厂化学水处理系统的研究,确定其主要控制参数、结构参数和影响参数,建立了一系列仿真数学模型,设计并开发了电 厂化学水处理系统的仿真软件.通过仿真实验验证,仿真结果基本达到了预定要求,可以实现电厂化学水系统的基本控制功能,并且能动态模拟和显示参数.所开发的仿真软件,既可以用于教学和培训,又可以用于科研,还可以由留有的接口进一步开发成产品应用于实际.4.期刊论文 赵林峰 电厂化学水处理系统综合化控制发展趋势-中国电力2001,34(8)

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针对西柏坡电厂二期化学水处理系统存在的问题进行了改造和完善,并对二期水处理程序控制系统存在的问题进行了处理,最终使水处理程序控制系 统正常投运.该系统的正常投运为省内外其他电厂水处理程序控制系统的改造提供了良好的借鉴.7.学位论文 张海涛 电厂化学水处理系统的优化设计 2009

化学水处理系统是电厂中一个很重要的组成部分，自然水中含有对设备有害 的物质成分，直接利用自然水会对设备产生腐蚀性破坏。整个水处理系统操作步 骤多、工艺复杂、阀门等设备数量多，水系统中的动力元件—泵是主要的耗能装 置，而我国正面临着严峻的资源压力，能源瓶颈正成为制约国民经济可持续发展 的最主要因素。PLC系统是电厂化学水处理中应用最多的辅助系统。PLC系统具有高可靠 性，编程方便，易于使用，环境要求低，与其他装置的配置连接方便的优点，其 在电厂化学水处理过程控制中得到了广泛的应用，从而提高了电厂水处理的自动 化水平；交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程、推动技术进步的一种主 要手段。本文引入PLC技术和交流变频调速技术，将PLC作为中央处理单元，采用 人机界面作为人机交互工具，实现了该系统的远程监控、手动和自动控制等功能，设计了龙凤热电厂线路水泵电机实现变频控制以及化学水流量自动控制的方案，并结合触摸屏技术，研究通过触摸屏实现PLC控制的设计方案。实施以后，全 厂化学水处理系统年节省费用101.8万元。关键词： 化学水处理 PLC 触摸屏 变频 电厂

8.期刊论文 浅谈电厂化学水处理系统膜处理装置的安装-山西建筑2009,35(29)

对膜处理装置安装中的几点不足和不合理进行了分析,并提出了相应的预防和处理方法,从安装角度解决了反渗透膜污堵失效等问题,保证了电厂的正 常供水,同时水的回收率达到设计要求.9.期刊论文 朱瑞敏.秦守印.丁宏超 电厂化学水处理系统在线分析仪表的优化配置-冶金动力2002,”"(2)

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火电厂自动电压控制系统建模与仿真 第3篇

关键词：自动电压控制,励磁系统,建模,仿真

0前言

火电厂作为电网中重要的无功源, 其母线电压的稳定直接影响到电网电压的稳定, 因此火电厂母线电压的调节对于电网稳定起着重要的作用[1]。火电厂自动电压控制 (AVC) 系统是指调度中心向火电厂下发母线电压曲线, AVC系统自动将调度母线电压的数值转化成全厂无功设定值, 根据分配原则, 自动合理地分配给各台发电机组, 并对其进行协调控制, 实现母线电压的自动调控[2]。从目前国内的研究现状来看, 更多的关注励磁系统的研究, 缺乏AVC系统的整体研究, 而且目前提出的部分优化算法无法得到检验, 因此需要建立一套实用的模型来研究。目前云南主要以水电厂为主, 火电厂相对数量较少, 而且许多电厂单机半负荷运行, 因此建立单机AVC模型更加实用。

本文根据云南某火电厂AVC的控制原理, 参考相关厂家参数和励磁试验报告, 建立该火电厂单机AVC控制仿真模型。通过选取其中的一种工况进行仿真, 充分验证了模型的正确性和实效性。

1 火电厂AVC控制原理

云南某火电厂单机AVC系统控制原理如图1所示, 调度下发母线电压设定值, 通过PID控制器将母线电压设定值转化成全厂无功的设定值, 同时完成外回路母线电压的控制。内回路主要完成发电机无功功率的调节, 调节器环节主要完成无功到机端电压的转换, 最后由励磁调节器和发电机完成机端电压和无功功率的控制, 整体AVC完成串级控制。

2 单机AVC模型的建立

2.1 控制器的建模

为满足电网对电厂的要求, 解决对系统阻抗辨识不准确的问题, 采用鲁棒性和稳定性更高的PID调节器, 其表达式如 (1) 所示。

在实际工程中采用PI调节, 其参数整定为

2.2 调节器环节

实际工程中对无功的控制采用非线性脉宽控制, 励磁系统会完成无功转机端电压的参考值, 但是通过仿真发现, 加入这些环节, 使得系统极易失稳, 容易使控制系统发散或者形成极限环, 使系统震荡, 因此采用一阶惯性代替, 加速系统的稳定。经过参数整定可以得到如式 (2) 的调节器模型。

2.3 励磁控制系统环节

根据励磁模型理论, 参考云南某火电厂一台同步发电机励磁调节器的特点, 忽略电力系统稳定器 (PSS) 的作用, 可以建立包括超前滞后环节、综合放大单元、调节器和输出电压限幅单元组成。

综合放大环节由调节器中的综合放大、移相触发及可控硅整流电路组成, 其传递函数近似用式 (3) 表示。

式中, KA为综合放大倍数;AT为综合时间常数。通过试验可以测得。

超前滞后环节是为了提高励磁控制系统的稳定性, 改善其调节品质, 其模型如式 (4) 所示。

其中, 为超前滞后时间常数, K为其增益。根据励磁系统的组成、励磁调节器制造厂家提供的原理方框图以及现场设置参数, 可以得到K=1, , , , 。

励磁调节器的综合放大环节中设定了最大内部电压和最小内部电压, 根据励磁调节器制造厂家提供的原理方框图以及现场设置参数, 可以得到, 。

在空载条件下, 发电机维持额定转速, 进行40%阶跃的自动励磁调节器试验, 可测得调节器最大输出电压和最小输出电压, 阳极电压为360 V, 计算出最小控制角, 最大控制角, 可控硅阳极电压。

选取发电机空载特性曲线气隙线上与发电机额定电压相对应的发电机励磁电流为发电机励磁电流的基准值, 即。

选取发电机铭牌额定励磁电压与额定励磁电流之比为发电机励磁绕组电阻的基准值, 即有, 。

则可以得到发电机励磁电压的基准值Ufdb如式 (6) 所示。

根据励磁调节器制造厂家提供的参数, 强励时副励磁机电压下降系数。

根据最大、最小导通角计算励磁调节器的最大输出电压和最小输出电压, 其式如 (7) 、 (8) 所示。

2.4 同步发电机环节

为简化同步发电机模型, 只考虑励磁电压和机端电压的相互关系, 选取如式 (9) 所示发电机模型。

式中, UG为同步发电机机端电压, Uf为励磁电压。通过现场数据, 辨识可以得到

在发电机和主变压器的相互关系中, 仅考虑变压器两侧的电压关系, 忽略主变压器无功功率和损耗等的影响, 采用发电机的额定变比关系, 得到变比为12。

2.5 测量变送环节

测量变送环节采用常见的一阶惯性环节, 其模型如式 (10) 所示。

2.6 无功测量环节

同步发电机的励磁系统可以整定发电机的无功和电压特性, 使发电机的机端电压UG与无功IQ具有的线性关系, 其整定的特性如式 (11) 所示。

其中UG0为机端电压给定值, Ku为调差系数。

将式 (11) 两边同乘UG变形整理可得式 (12) 。

在被测试机组并网运行时, 测得发电机的有功功率GP为14.2 MW、无功功率GQ为84.7Mvar、机端电压实测值UG为20.82 k V和机端电压给定值UGD为20.98 k V。再将被测发电机解列至空载状态, 调整电压给定值至相应值, 记录此时的定子电压实际值UT0为20.958 k V。选取机端基准电压为20 k V, 无功基准值为253 Mvar。现在需要对电压和无功进行标幺化处理后有:,

则发电机的调差系数Ku如式 (13) 所示。

将上述计算的数值带入式 (12) , 即可求得此时UG0的数值。

则机端电压和无功的关系表示为

3 火电厂AVC仿真

图2为云南某火电厂单机AVC试验期间的截图, AVC系统的母线电压的调节死区为0.1 k V, 无功功率的调节死区为2 Mvar。选择AVC试验期间母线电压 (231.151 6 k V~230.156 2 k V) 、 (230.156 2 k V~231.156 1 k V) 、 (231.156 1 k V~230.556 2 k V) 三组设定值变化, 其母线电压调节响应仿真曲线如图3所示, 机组无功调节响应仿真曲线如图4所示, 其动态调节效果数据统计如表1所示。

在不考虑工程中的闭锁条件以后, 观察仿真的调节过程, 无功和电压的变化在闭锁条件以内, 不会发生闭锁。

通过试验数据和仿真数据的对比发现, 对于母线电压的动态超调和静态偏差的仿真效果很好。实际第三组试验的动态超调很大, 并对比其他两组数据发现, 此时可能由于系统无功负荷发生变化, 造成外界干扰, 对于无功的控制仿真差别较大, 主要原因是没有考虑外界的干扰和将励磁回路与无功回路进行等效, 忽略现场多个环节, 因此存在较大偏差也在预料之中。

4 结束语

火电厂自动电压控制系统虽然控制原理相对简单, 但是对于建模仿真来说, 考虑的因素很多, 同时各变量之间有存在着非线性关系, 这给建模增加了更多的困难。本文基于火电厂自动电压控制原理的核心内容, 结合厂家提供的参数和现场的试验数据, 尽可能保留各变量的相互关系, 建立了基于现场工况的仿真模型。通过模型仿真可以发现, 该模型可以比较准确反映现场的电压、无功的数量关系, 以及在可接受误差范围内反映动态调节过程, 特别是在接近稳态范围内很准确反映现场的数量关系, 验证了仿真模型的准确性和实用性, 对于火电厂自动电压控制系统的控制和优化研究带来重要意义。

参考文献

[1]丁晓群, 周玲, 陈光宇.智能自动电压控制 (Smaer AVC) 技术[M].机械工业出版社, 2012

[2]刘纯洁.自动电压控制系统 (AVC) 在恒运D电厂的应用研究[D].华南理工大学, 2014.

[3]丁晓群, 周玲, 陈光宇.电网自动电压控制 (AVC) 技术及案例分析[M].机械工业出版社, 2010

热能与动力电厂仿真实训111 第4篇

仿真系统的操作与认识

通过本项目的学习，能正确使用仿真机的基本功能，能够进行仿真机的配置、启动、运行、保存工况、调用工况以及维护工况等基础操作；能初步适应仿真机界面的切换、参数监视以及图元认识和操作器操作；能够了解仿真单元机组的重要步骤，主要数据以及主要系统画面。

一、仿真系统简介

随着教育事业的改革和发展，教育越来与注重学生理论联系实际的能力，在保证学生理论知识的培训后，更重要的是获得与工作过程有关的实际操作训练。火电仿实训就是结合热能专业特点，围绕火电仿真培训教学，认真研究并制定既切合学生实际，又在实习环节有所创新的培训方法，对学生加深专业理论课的学习，提高实际操作技能有着非常重要的意义。火电厂的仿真机是采用数学技术模拟各种类型的火力发电厂机组，用于培训和研究的装置，涉及计算机技术、控制理论、数学模型、电站专业知识、工作经验等多学科的系统工程。1.600MW仿真机组的硬件构成

根据仿真对象——某600MW机组的现场集控室布置及仿真教学的实际要求，本仿真系统由一台服务器（教练员及工程师站）及操作站组成，每台操作站均可独立设置为就地站。

（1）仿真主机（兼教练员站及工程师站）

仿真系统的核心——服务器，采用了Windows 2000 server 作为操作系统，加载了Foxpro数据库及Visual C++语言编译器；仿真支撑和管理程序为 Prosims3.1。为了扩展主机的功能，还安装了教练员/工程师站管理软件，服务器的主要功能：一是实现600MW火电机组的实时仿真运算和计算机系统的信息交换管理；二是用于仿真机系统的管理、调初值、过程加减速、设置故障等；三是实现数学模型的在线、离线修改和进行应用软件的维护及系统运行分析。（2）操作站

该套仿真系统可满足电厂特殊过程控制和现场操作要求，实现了对操作站页面图和全功能操作的仿真，同时还配备了灵活多样的观察工具软件包和多种报警方式软件包，能显示任选变量的趋势图及棒图，报警变量列表，为操作员对整个生产过程实施监控提供了方便。（3）仿真盘台/就地操作站

为了模拟机组的盘台操作及集控室外的各类就地操作，确保仿真机的控制功能与实际系统基本一致，采用了多媒体技术，将硬盘台仿真为软盘台，实现DEH操作台、MEH操作台、BPC控制盘台、吹灰控制操作盘台、电气控制操作盘台以及主要就地操作仿真。在仿真盘台/就地操作站上，通过鼠标来对盘台、就地设备进行开/关、切/投操作。

（4）电子光字牌及汽包水位、火焰监视器

仿真机使用三台多媒体计算机分别作为机、炉、电的报警光字牌显示器，较完整地模拟了现场的报警环境，也为事故模拟提供了必要的信号输出通道。

另外，仿真机还利用多媒体技术逼真地模拟了电厂锅炉汽包水位和炉膛火焰监视，为机组仿真运行提供了更完善、直观、便捷的监视手段。

为了方便教学培训，仿真机专门配备了一台图形计算机和大屏幕投影仪，使仿真室同时具备了多媒体教室的功能。

仿真机系统的各操作员站与服务器之间采用以太网进行通信，各微机均采用了分组交换传输协议，每秒可发送200多个数据包，保证系统运行的实时性。2.仿真机系统的主要功能

可进行具有分布式控制系统的600MW火电机组的正常和非正常运行操作，包括冷态、温态、热态、极热态启动和停机以及任意初态下的升降负荷和负荷控制方式切换操作。能实现多个故障的设置、演示和处理，并具有事故重演、过程回溯的功能，便于对操作员所进行的操作进行分析和重复练习。嵌入式评分系统依据大系统理论，细化教学过程和教学要求，实时监视、记录、评判学员的训练过程，并依据路径搜索理论，提供及时帮助操作信息。仿真机的支撑软件还可以作为系统在开发的手段，通过该软件，系统使用者可自行开发新算法和新功能。仿真机提供了功能齐全的操作站和图形站的图形生成软件，方便构成新的就地操作设备和虚拟盘台操作界面。

二、锅炉及汽轮机概述

1.锅炉系统（1）锅炉分类

按锅炉的容量分为：大型、中型、小型锅炉；按锅炉出口的蒸汽压力分为：低压、中压、高压锅炉；按锅炉内燃料的燃烧方式分为：火床炉、室燃炉、硫化床锅炉；按锅炉蒸发受热面内工质的流动方式分为：自然循环锅炉、强制循环锅炉、直流循环锅炉、复合循环锅炉。（2）锅炉设备

锅炉设备是由锅炉本体和辅助设备两大类组成的，锅炉中的炉膛、锅筒、燃烧器、水冷壁过热器、省煤器、空气预热器、构架和炉墙等主要部件构成生产蒸汽的核心部分，称为锅炉本体。锅炉的辅助系统和设备包括燃料供应系统、煤粉制备系统、给水系统、通风系统、除灰除尘系统、水处理系统、测量及控制系统等。

（3）锅炉各个受热面的布置

锅炉的受热面有：水冷壁、锅炉管束与凝结渣管束、过热器、省煤器、空气预热器。

1）水冷壁：主要是蒸发受热面，作用是保护炉墙，是垂直布置在炉膛内壁的两侧或四周的，由无缝钢管组成，通常为光滑水冷壁。水冷壁管布置的疏密是用相对节距来表示的，水冷壁相对节距越大，则炉内布置的辐射受热面减少，而每根管子作为有效辐射受热面的利用率则增高。反之亦然。

水冷壁管的上端和下端分别与锅筒和下部集箱相连接，组成不同的水循环系统

2）锅炉管束和凝渣管束

在炉膛出口后面还要装设很多的对流蒸发受热面，这种对流蒸发受热面即为锅炉管束。一般采用上下双筒锅炉的结构，锅炉管束就胀接于上下锅筒之间。凝渣管束是布置在炉膛出口的对流管束。这个管束在结构上横向和纵向节距都设计的很大，因此它本身不容易凝渣。凝渣管束可以保护后面密集的过热受热面不结渣堵塞。

3）蒸汽过热器：由一组完成蛇形的优质无缝钢管和与之相连的进出口集箱组成由于流经过热器的是过热蒸汽，及热能力较差，为防止管壁过热而损坏，又保持有一定传热温差，一般布置在烟温为800-900度左右的烟道中。

4）省煤器：是锅炉的给水预热器，因能有效利用排烟余热而得名。现在，锅炉几乎不分大小，都装置省煤器或余热水箱。

5）空气预热器：是一种有效利用排烟余热的换热器装置。它的任务是把燃料燃烧所需要的空气预热成一定温度的热空气，从而提高炉温，改善燃料的着火条件和燃烧过程，使燃烧效率和传热效果进一步得以提高。

6）尾部受热面

尾部受热面包括布置在锅炉对流烟道尾部的省煤器和空气预热器。

2.汽轮机系统

汽轮机主要系统介绍：

（1）主汽系统：锅炉与汽轮机之间的蒸汽通道与通往各用汽点的支管及其附件称为发电厂主汽系统，对于再热机组还包括再热蒸汽管道。

（2）旁路系统：指高参数蒸汽不进入汽缸通流部分做功而是经过与汽缸并联的减温减压器，将减温减压后的蒸汽送至低一级参数的管道或凝结器。

作用：加快启动时间，改善启动条件；

保护不允许干烧的再热器；

回收工质降低噪音。

（3）回热抽汽系统：

回热系统作用是：抽取汽轮机做功后蒸汽作为各加热器的加热汽源，用于提高凝结水和给水温度以提高机组的循环热效率。

300MW机组共计8段非调整抽汽。（三高、四低、一除氧）

三段高压抽汽分别在：高压9级后、高压13级后、中压5级后；作为#1、2、3高压加热器的汽源。四段低压抽汽分别在低压2级后（调阀端）、低压4级后（电机端）、低压5级后（调阀、电机端）、低压6级后（调阀、电机端）；作为#5、6、7、8低压加热器的汽源。一级除氧抽汽（四抽）。作为除氧器的汽源。

（4）主凝结水系统：指凝结器至除氧器之间与主凝结水相关的管路与设备。

包括：2台100%容量的凝结水泵、凝结水精处理装置、一台轴封加热器、四台低压加热器、一台凝结水补水箱和补水泵。

主要作用：加热凝结水，并将凝结水从凝结器热水井送至除氧器。轴封加热器为表面式热交换器，用于凝结轴封漏汽、门杆漏汽，轴封加热器以及与之相连的汽轮机轴封汽室靠轴抽风机维持微负压状态，防止蒸汽漏入环境中或进入汽轮机润滑油系统。其他作用：杂用母管，二三减温水、汽缸冷却水、给水泵密封水、轴封减温水等多种用途。

（5）主给水及除氧系统：

主给水系统：指除氧器与锅炉省煤器之间的设备、管路及附件等。

主要作用：在机组各种工况下，对主给水进行除氧、升压和加热，为锅炉省煤器提供数量和质量都满足要求的给水。

主要流程：除氧器---前置泵---流量测量装置---给水泵---#3高压加热器---#2压加热器---#1压加热器---流量测量装置---给水操作台---省煤器进口集箱。

除氧器：将水中的不凝结气体（主要是氧气）除去，以防止或减轻这些气体对设备和管道造成腐蚀。除氧器是汽水系统中唯一的混合式加热器，能方便的汇集各种汽体、疏水，因此它除了加热给水除去不凝结气体外还有回收工质的作用。（介绍与除氧器连接的主要汽水管道）

（6）汽封系统：

汽轮机运行中，转子高速旋转，静子部分静止不动，动静之间必须留有一定间隙，避免动静摩擦，而间隙前后存在压差必然会产生漏汽降低汽轮机的循环热效率。为减少通流部分的漏汽造成的损失就需要汽封。汽轮机转子穿过汽缸端部也有间隙，为防止在转子穿出汽缸部位造成蒸汽外漏或空气漏入，就需要轴端汽封。

（7）凝汽器真空及疏水管道系统：

降低凝结器排汽压力是提高机组循环热效率的主要方法之一，凝汽式汽轮机配有完备的凝汽系统，一方面在汽轮机排汽口建立高度真空，另一方面回收洁净的凝结水作为锅炉给水循环使用。

锅炉给水中溶解一些不凝结气体，会随蒸汽一起进入汽轮机，做功完毕进入凝结器，其次在凝结器工作时，真空系统一些不严密地方会漏入空气，这些气体无法在凝结器内凝结，若不及时除去，会积聚在凝结器换热管束表面，阻碍蒸汽放热影响凝结器真空度，并且使凝结水过冷度增大，热损耗随之增大。

（8）循环水冷却水系统及工业水系统：

凝汽式发电厂中，为了使汽轮机排汽凝结，凝结器需要大量的循环冷却水。除此之外电厂中诸多转动机械轴承摩擦产生热量、发电机运行中的铜损、铁损也产生大量的热量，这些热量不及时排除积聚在设备内部，会引起设备超温甚至损坏。为确保设备安全运行，电厂必须有完备的冷却设备。

（9）润滑油系统：

润滑油系统的任务是可靠的向汽轮发电机组的支持、推力轴承和盘车装置提供合格的润滑冷却油。主要组成：主油箱、主油泵、交直流润滑油泵、注油器、高压油泵、冷油器、滤网、排烟机等。

（10）发电机冷却及密封油系统：

发电机在运行中会发生能量损耗，包括铁芯和绕组线圈发热、转子转动时气体与转子之间的鼓风摩擦发热，以及励磁损耗、轴承摩擦损耗等。所有这些损耗最终都转化为热量，致使发电机发热，必须及时排除此热量。发电机的冷却系统完成此任务，全过程的提供温度、流量、压力、品质均符合要求的冷却介质。

三、600MW机组设备概述 1 锅炉设备概述型式及结构特点

600MW超临界机组锅炉为东方锅炉厂引进技术制造的国产超临界参数、变压、直流、本生型锅炉，锅炉型号DG1900/25.4-Ⅱ1型，单炉膛，一次中间再热，尾部双烟道，固态排渣，全钢构架，全悬吊结构，平衡通风，露天布置，采用内置式启动分离系统； 设计用煤：锅炉设计燃用山西省晋城贫煤与河南省平顶山烟煤的混煤，在B-MCR工况下，燃用发热量Qnet,ar=22570KJ/kg的设计煤种时,燃料消耗量约为245T/h；调温方式：过热汽温主要通过调节燃料和给水配比并配合一、二级减温水调整，再热汽温主要通过置于尾部烟道的调温烟气挡板调节；锅炉运行方式：带基本负荷并参与调峰，30%～90%ECR负荷段滑压运行，其余负荷段定压运行； 制粉系统：采用双进双出钢球磨煤机冷一次风正压直吹式制粉系统，每台炉配置6台磨煤机，5台运行一台备用； 燃烧设备：采用HT-NR3旋流燃烧器，前后墙布置、对冲燃烧；每面墙3层，每层4只燃烧器，每只燃烧器都配备有一阀双枪控制的小出力点火油枪，前、后墙中层各燃烧器中心还配置有大出力的启动油枪；在三层燃烧器上方，前、后墙各布置了一层燃尽风口，以实现分阶段按需送风、组织合理的炉内气流结构、防止火焰贴墙、使燃烧完全的目的； 给水调节：机组配置2350%B-MCR汽动给水泵和一台30%B-MCR容量的电动调速给水泵； 配用汽轮机旁路系统：采用30%B-MCR容量高、低压串联旁路； 锅炉设计最低不投油稳燃负荷：不大于45%B-MCR负荷； 2 汽机设备概述

600MW 汽轮机为上海汽轮机厂生产的超临界、单轴、三缸四排汽、一次中间再热、凝汽式汽轮机，型号为N600-24.2/566/566。汽轮机具有冲动式调节级和反动式压力级的混合型式。共48 级叶轮，其中高压缸1+11 级，中压缸8 级，低压缸23237 级，具有8 段不调整抽汽。主蒸汽通过汽轮机两侧的高压主汽阀-调节阀组件进入汽轮机，其中高压进汽管两根接在上缸，两根接在下缸，分别经进汽套管连接到高压缸上。3发电机冷却系统

600MW 发电机为上海电机厂生产的QFSN-600-2 水-氢-氢汽轮发电机。定子线圈采用水内冷，定子铁芯及定子端部采用氢外冷，转子采用氢内冷。1发电机的结构

（1）发电机定子铁芯采用高导磁、低损耗的无取向冷轧硅钢板冲制并绝缘叠装而成，紧固成整体。

（2）发电机定子共设42 槽，每槽设上、下两层线棒，线圈由空实心铜线由1：2 的比例交叉组成线棒。

（3）为保证氢气的冷却和防止氢气外漏，在两端各设有两组氢气冷却器和一个双流双环式密封瓦。发电机励磁系统

（1）600MW 发电机励磁系统采用静态自并励方式：发电机出口励磁变（33 2300KVA，/0.88KV）经励磁功率柜整流调节后由磁场开关通过发电机集流器送入发电机转子；

（2）励磁调节器（ABB UN5000）为双自动通道（内含自动/手动）加双手动通道。励磁功率柜按（n-1）方式配置，共设5 柜.四、机组冷态启动 1 锅炉上水

（1）采用凝泵或补水泵上水

1）启动一台凝泵或补水泵运行；

2）开启凝结水至锅炉上水手动门、电动门，高加水侧走旁路运行，向给水管道及高加水侧注水，调节锅炉给水流量至85t/h左右；（2）采用电泵、汽泵前置泵上水

1）当给水泵入口水质达到Fe＜100ppb，高加水侧走旁路；

2）启动电泵或汽泵前置泵上水，调节锅炉给水流量至夏天80～90t/h左右、其他季节40～45t/h；

3）根据辅汽压力尽量维持除氧器温度在80～90℃ 2 汽机送轴封（1）确认主机、小机盘车运行（小机盘车非必要条件，但是为防止小机轴封系统阀门内漏，建议送主机轴封前小机应在盘车状态）；

（2）确认轴封加热器水侧投入，有足够的连续流量；

（3）检查开启各路轴封供汽调整门前、后疏水门及各轴封进口滤网放水门，投入辅汽至轴封供汽调节站；

（4）稍开辅汽至轴封供汽电动总门进行轴封暖管；

（5）暖管结束关闭轴封滤网放水门及轴封系统所有疏水门，全开辅汽至轴封供汽电动总门；

（6）启动一台轴封风机运行，一台投入备用；

（7）低压轴封汽温150℃以上，并有14℃以上的过热度后，开启高、中压缸轴封进汽门及低压缸轴封进汽门；

（8）设定温度150℃，投入低压轴封减温水自动控制，维持低压轴封供汽温度150～176℃。3锅炉点火

（1）吹扫结束，全面检查点火条件具备，开启燃油进油快关阀、回油电动门，检查燃油压力正常，燃油雾化蒸汽压力、温度自动控制正常；

（2）投入炉膛烟温探针；

（3）调整给水流量至402t/h、炉膛负压至－600Pa、总风量调整至35%；（4）水质要求：省煤器进口水质含铁量Fe＜50PPb，分离器出口含铁量Fe＜100PPb；

（5）联系值班员到就地检查配合，依次启动B12-B34-D12-D34点火油枪；（6）检查点火油枪燃烧良好，依次投入B、D层启动油枪运行；（7）点火后投入空预器连续吹灰；

（8）投入高、低压旁路自动，检查高低旁5.3.7.8 投入高、低压旁路自动，检查高低旁蒸汽转换阀自动开启至预设的点火开度；

（9）调整燃烧，以不超过2.0℃/min、0.056MPa/min的速率升温升压；（10）过热蒸汽压力达0.2MPa时，关闭启动分离器后过热器空气门和过、再热器疏水门；

（11）再热蒸汽压力达到0.2MPa时，关闭再热器系统空气门；

（12）投入油枪的过程中要注意观察储水罐水位，在锅炉水冷壁汽水膨胀时要停止投入油枪，待汽水膨胀结束，储水罐水位恢复正常后再投入其它油枪；

（13）随锅炉的升温、升压，检查高、低压旁路阀逐渐开大；

（14）主汽压力到8.4MPa，检查高、低压旁路控制转入定压运行，全面抄录锅炉膨胀指示一次。

五、机组正常运行及维护 机组运行方式

（1）汽轮机运行方式：DEH系统接受汽轮机转速、发电机功率和高、中压缸第一级后压力三种反馈信号，有OPER AUTO、ATC、REMOTE、AUTOSYNC、TM共5种方式；

（2）OPER AUTO(操作员自动方式)：是汽轮机的主要控制方式，在此方式下，可以投入DEH控制器的所有功能；

（3）在大范围转速控制区域,设定汽轮发电机组的升速率和目标转速；（4）执行TV-IV转换和TV-GV转换；

（5）在机组同步并网后,建立负荷变化率和目标负荷；（6）投入或切除压力反馈回路和功率反馈回路；（7）确定在线运行的极限。

（8）ATC(自动汽机控制方式)：是一个随机组运行而自动运行的功能程序，一般不会选择。

（9）REMOTE（远方遥控方式）：在此方式下,DEH的目标值和设定值是DCS系统外给出的信号。选择遥控方式必须满足下列条件：

1）必须在操作员自动方式； 2）发电机必须并网并带上负荷； 3）遥控信号必须有效； 4）遥控允许接点必须闭合。2 机组协调控制方式

协调控制系统（CCS）的任务是：在保证机组安全的前提下尽快响应调度的负荷变化要求，并使机组经济和稳定地运行。协调控制系统主要通过锅炉燃烧率和汽机调门来调节机组负荷和主蒸汽压力。机组负荷应能快速跟随负荷指令，并保持主蒸汽压力在允许的范围。选择协调控制方式的目的就是在保证压力稳定的前提下尽最大可能满足电网对负荷的要求。协调控制系统广义上应包括机组所 有的调节，狭义上指以锅炉指令和汽机指令为调节量，以电负荷和主蒸汽压力为被调量，组成的联合调节系统，它有以下几种主要方式。3 负荷调整

（1）在机炉协调控制模式下，负荷指令由值班员根据值长升（降）负荷命令手动输入；

（2）如投入AGC方式，则机组负荷指令受调度控制；

（3）变负荷过程中，应加强沿程汽水、风、烟温度及受热面壁温监视，检查燃烧、风量、给水、汽温、汽压等自动调节正常，必要时手动干预配合负荷变化；

（4）如采用手动方式调整机组负荷，应注意风、煤、水的加减幅度不要过大，负荷变化幅度超过50MW时，应小幅度、多次数地分阶段操作；

（5）正常运行调整的升、降负荷的速率不应超过10MW/min，达到目标负荷后全面检查机组各运行参数是否正常；

（6）如果加负荷时磨煤机裕量不足，应及时增启制粉系统；

（7）若减负荷后运行磨煤机平均煤量可能低到25t/h以下时，要根据机组带低负荷时间的长短选择停止一套制粉系统运行或启动点火油枪助燃

六、机组停运 机组停运前的准备（1）值长接到停机命令并明确停机的原因、时间、方式后，应通知各相关部门及各岗位做好停机前的准备及工作安排；

（2）各岗位值班人员对所属设备、系统进行一次全面检查，对设备缺陷进行记录登记，准备好机组停运的有关操作票；

（3）做好辅汽、轴封及除氧器汽源切换的准备工作，使切换具备条件；（4）高、低压旁路暖管备用,确认低压旁路暖管阀门在适当开度；（5）对炉前燃油系统全面检查一次，确认系统备用良好，对油雾化蒸汽系统充分疏水；

（6）停炉前应对锅炉受热面（包括空预器）全面吹灰一次；

（7）分别进行主机交流润滑油泵、直流润滑油泵、氢密封油备用泵、空侧直流密封油泵、顶轴油泵、盘车电机、小机直流油泵、盘车电机试转，检查联锁正常投入，若试转不合格，非故障停机条件下应暂缓停机，待缺陷消除后再停机；（8）全面抄录一次蒸汽及汽缸金属温度，从开始减负荷起，应每隔一小时抄录一次。高参数热备用停运

（1）当机组因各种原因需短时间停运时，应采用高参数热备用停运方式，该方式与滑参数停运主要区别

（2）汽温尽量保持在额定值，在解列减温器后仍无法维持时，可任其自然下降，但必须保证不小于500℃；

（3）减负荷停机过程中，降压速度比滑参数停运要小，并注意与汽温配合，保证足够的过热度；

（4）锅炉MFT后，启动电泵上水至启动分离器高水位后停运，关严各疏水、排气、取样、加药阀门；引、送风机停止后立即关闭各风烟挡板闷炉；（5）各监视仪表、热工保护、报警信号、安全门等安全监视装置，仍应处于投入或备用状态，未经值长批准，不得进行影响设备备用状态的检修和工作；

（6）其余注意事项与停运操作参照滑参数停运同。

七、电厂主要设备包括：

一次风机：干燥燃料，将燃料送入炉膛，一般采用离心式风机。送风机：克服空气预热器、风道、燃烧器阻力，输送燃烧风，维持燃料充分燃烧。

引风机：将烟气排除，维持炉膛压力，形成流动烟气，完成烟气及空气的热交换。

磨煤机：将原煤磨成需要细度的煤粉，完成粗细粉分离及干燥。

空预器：空气预热器是利用锅炉尾部烟气热量来加热燃烧所需空气的一种热交换装置。提高锅炉效率，提高燃烧空气温度，减少燃料不完全燃烧热损失。空预器分为导热式和回转式。回转式是将烟气热量传导给蓄热元件，蓄热元件将热量传导给一、二次风，回转式空气预热器的漏风系数在8～10％。

炉水循环泵：建立和维持锅炉内部介质的循环，完成介质循环加热的过程。

燃烧器：将携带煤粉的一次风和助燃的二次风送入炉膛，并组织一定的气流结构，使煤粉能迅速稳定的着火，同时使煤粉和空气合理混合，达到煤粉在炉内迅速完全燃烧。煤粉燃烧器可分为直流燃烧器和旋流燃烧器两大类。

汽轮机本体

汽轮机本体是完成蒸汽热能转换为机械能的汽轮机组的基本部分，即汽轮机本身。它与回热加热系统、调节保安系统、油系统、凝汽系统以及其他辅助设备共同组成汽轮机组。汽轮机本体由固定部分（静子）和转动部分（转子）组成。固定部分包括汽缸、隔板、喷嘴、汽封、紧固件和轴承等。转动部分包括主轴、叶轮或轮鼓、叶片和联轴器等。固定部分的喷嘴、隔板与转动部分的叶轮、叶片组成蒸汽热能转换为机械能的通流部分。汽缸是约束高压蒸汽不得外泄的外壳。汽轮机本体还设有汽封系统。

汽轮机：汽轮机是一种将蒸汽的热势能转换成机械能的旋转原动机。分冲动式和反动式汽轮机。

给水泵：将除氧水箱的凝结水通过给水泵提高压力，经过高压加热器加热后，输送到锅炉省煤器入口，作为锅炉主给水。

高低压加热器：利用汽轮机抽汽，对给水、凝结水进行加热，其目的是提高整个热力系统经济性。

除氧器：除去锅炉给水中的各种气体，主要是水中的游离氧。

凝汽器：使汽轮机排汽口形成最佳真空，使工质膨胀到最低压力，尽可能多地将蒸汽热能转换为机械能，将乏汽凝结成水。

凝结泵：将凝汽器的凝结水通过各级低压加热器补充到除氧器。

油系统设备：一是为汽轮机的调节和保护系统提供工作用油，二是向汽轮机和发电机的各轴承供应大量的润滑油和冷却油。主要设备包括主油箱、主油泵、交直流油泵、冷油器、油净化装置等。在发电厂中，同步发电机是将机械能转变成电能的唯一电气设备。因而将一次能源（水力、煤、油、风力、原子能等）转换为二次能源的发电机，现在几乎都是采用三相交流同步发电机。在发电厂中的交流同步发电机，电枢是静止的，磁极由原动机拖动旋转。其励磁方式为发电机的励磁线圈FLQ（即转子绕组）由同轴的并激直流励磁机经电刷及滑环来供电。同步发电机由定子（固定部分）和转子（转动部分）两部分组成。定子由定子铁心、定子线圈、机座、端盖、风道等组成。定子铁心和线圈是磁和电通过的部分，其他部分起着固定、支持和冷却的作用。转子由转子本体、护环、心环、转子线圈、滑环、同轴激磁机电枢组成。主变压器：利用电磁感应原理，可以把一种电压的交流电能转换成同频率的另一种电压等级的交流电的一种设备。6KV、380V配电装置：完成电能分配，控制设备的装置。

电机：将电能转换成机械能或将机械能转换成电能的电能转换器。

蓄电池：指放电后经充电能复原继续使用的化学电池。在供电系统中，过去多用铅酸蓄电池，现多采用镉镍蓄电池

控制盘：有独立的支架，支架上有金属或绝缘底板或横梁，各种电子器件和电器元件安装在底板或横梁上的一种屏式的电控设备。

八、心得体会

两周的仿真实训结束了，我对火力发电厂有了更全面、深入的了解，掌握了电厂的热力系统。经过这次仿真实训，我认识到只靠本科期间所学的课堂知识是完全不够的，只有实践操作以后才能更清楚的熟悉电厂的热力系统，才能对以后的学习与工作带来更大的帮助。

通过此次仿真实习，我对火力发电厂有了更全面、深入的了解，刚刚结束的热力发电厂课程设计，掌握了电厂的热力系统，这次仿真实习中，我清楚地认识到仅仅知道热力系统是完全不够的，如同管中窥豹，只见一斑。

辅助蒸汽系统、润滑油系统、疏水系统、排污系统、化学水处理、就地操作站等，这些系统同热力系统的完美的结合方式，使我对设计者的缜密思维为之惊叹。

熟悉了电厂值班人员的工作方式，为我进入电厂工作做了坚实的铺垫，在学习过程中，老师还强调了操作的严密性，每位员工都要严格按照操作票操作，一个小小的操作，也就意味着现场的设备的真是运转，不可儿戏。爱岗敬业，是每位即将进入职场的大学生应具备的先提条件。机组是电厂的经济来源，我们共同的同事，我们都要爱护它。

电厂系统仿真 第5篇

关键词：继电保护,整定计算,定值仿真

1 引言

由于电厂的运行方式多种多样, 目前只能采用电厂最大、最小、检修等几种运行方式来简单概括所有运行方式的方法计算保护定值。而选择合理的运行方式进行计算, 对保证继电保护装置的可靠运行以及充分发挥继电保护装置的性能具有十分重要的作用。否则会保护范围过大或过小, 失配多, 动作时限长等, 严重影响了保护性能。另外, 对于局部新设备的投产, 一般只能进行局部电网保护定值的整定计算。但目前的整定计算程序都不能很好地处理这些问题。

由于整定计算出的定值无法通过实际故障来验证其选择性和灵敏度, 目前的整定计算程序只能校验保护定值的远、近后备的灵敏度。但当保护范围伸得较远时, 与其他线路或电气保护的配合关系则无法验证。

整定计算及管理工作内容非常繁杂, 并且责任重大, 对安全性要求很高。目前, 继电保护定值整定计算程序, 大多停留在整定计算工作全过程中的一个阶段——整定计算阶段, 缺少整定计算过程中其他环节, 如:参数、保护配置、保护定值、分析计算、各种保护装置的定值计算、统计分析等的管理。

针对以上问题, 研制了一套以图形建模方法为基础的电力系统继电保护整定计算、管理及仿真系统。借助整定程序优化电网各级继电保护装置的整定值, 以实现不同电网结构及不同运行方式下的最佳整定方案, 最大限度发挥继电保护装置的性能。通过灵活的电力系统故障仿真, 实现对全网继电保护定值的仿真校验, 摆脱目前继电保护装置动作行为只能在其动作后才能判断是否正确的被动状况, 提高电网的安全运行水平和灵活性。

2 软件的核心功能

2.1 图形建模功能

可以通过选择已定义好的线路和各种电气设备的模块, 方便地绘制各种电气元件, 按提示菜单, 方便地输入各种参数, 在绘制图形时, 可以任意缩放、旋转、自动捕捉、块复制等功能, 有效防止连接不良, 提高建模速度。

2.2 网络故障计算功能

本系统能自动分析网络拓扑结构。建立了电网模型、输入参数后, 即可以进行计算工作, 省去了编制网络接点、支路等繁杂工作。可以进行简单故障、复杂故障、网络等值、分支系数、助增系数、支路短路电流、各序电流、任意多个T接线、零序互感线路等的计算;灵活、方便地实现各种运行方式;故障点、故障类型、过渡电阻大小等可以任意设定;计算可以自动进行, 也可以通过对计算过程的控制, 实现特殊要求时的计算工作。

2.3 序网图自动生成功能

能根据建立的一次电网模型的网络结构自动生成各序网图, 并可以方便地查看或打印各序网图, 大大提高了工作效率。

2.4 优化整定值功能

整定工程师的经验是极为宝贵的财富, 他们有时仅需调整一个定值, 就可以使整个电网的保护定值非常合理。因此融入整定工程师的宝贵经验, 借助整定程序优化电网各级继电保护装置的整定值是本系统的一个重点。

给予整定计算人员一定的编程权限, 无疑是解决上述问题的一种新思路, 采用基本整定原则 (如国标) 和满足多种特殊要求的特殊原则 (如各地的特殊要求) 相结合的整定原则 (各种整定原则可根据需要进行选用) , 可以方便地对计算过程进行控制的方案, 不但可以方便地融入整定工程师的宝贵经验优化电网整定值, 而且安全、可靠、方便、快捷。

另外, 针对一次系统局部发生变化或者出现特殊运行方式, 采用限制电网保护定值变化区域, 强制配合等手段, 进行局部电网的整定计算工作, 防止发生失配现象, 很好地解决了这类问题。

2.5 保护的仿真功能

本系统解决了困扰整定计算工作多年的计算出的整定值在系统故障前无法验证其正确与否的问题, 同时可以进行故障中继电保护装置动作行为的分析和事故预想等。可以大幅度提高工作效率和工作质量, 为继电保护工作提供了先进的管理手段。

对已建成的一次网络可根据需要在母线或线路各处设置任意类型的故障, 进行保护定值仿真, 对继电保护的定值进行校验, 防止运行中继电保护定值失配及灵敏度不足等问题。检查仿真时可以设置搜索全网、也可以搜索本线路及上下两级的保护动作情况。

根据模拟故障的计算结果与继电保护定值进行比较来判断继电保护的动作行为。可以对各种保护分别进行判断, 若动作条件满足 (包括动作值及延时等, 阶段式、纵联、重合闸等均可以模拟) 则跳开相应的断路器, 并重新进行故障计算, 继续搜索, 直到故障切除。仿真定时器的间隔、仿真时间段的长度以及故障存在的时间、过渡电阻、哪些开关拒动、误动等都可根据需要设置。当仿真完成后, 自动生成完整的仿真报告, 包括系统运行方式、故障地点、故障类型、相别、各故障量、保护定值、动作时间、开关状态等, 并能在电网一次结线图上显示保护、开关的动作情况。

调度员可根据事故预想方案, 利用仿真系统在相应的故障点处设置故障, 了解保护装置及断路器在不同情况下的动作情况, 作为事故预想的根据, 使事故预想的方案更符合实际。

2.6 管理功能

(1) 定值单的自动生成功能

(2) 计算书自动生成功能

(3) 定值单管理功能

(4) 数据库查询功能

3 计算及仿真依据和原则

该软件在计算及仿真过程中严格遵循D L/T 5 5 9-9 4《2 2 0~5 0 0[K G*4]k V电网继电保护装置运行整定规程》, D L/T 5 8 4-9 5《3~1 1 0[K G*4]k V电网继电保护装置运行整定规程》, 结合我厂特点, 确保了计算及仿真结果的正确性和实用性。

4 应用情况

该系统于2009年10月在我厂开始试用, 从使用情况看, 该系统思路新颖, 界面友好, 操作简便, 方便灵活, 功能齐全, 性能稳定, 可扩展性强, 解决了整定计算工作中的许多实际问题, 有效地减轻了整个继电保护整定计算工作的工作量。

5 结论

电厂系统仿真 第6篇

电厂事故具有突发性、快速性的特点,日常中,做好危险源辨识,进行风险分析,将危险源消除在萌芽状态;应急中,如何正确地处理事故,防止事故的扩大,快速有效地组织事故救援工作,尽快恢复机组的正常运行,是目前电厂安全管理工作需要克服的难题之一。开展火电厂应急管理理论的研究,及运用虚拟现实技术构建火电厂应急管理仿真系统意义重大。

本系统的研究以提高事故应急响应的快速反应程度、提高应急救援决策的科学性、可靠性与应急救援工作效率为目的[1];以最大程度地减少事故造成的人员伤亡与财产损失,并且快速恢复电厂的正常运行为目标[2]。系统的应用与推广对提高火电厂安全管理工作质量具有非常重要的意义。

2 火电厂事故应急管理的特点

本系统针对以下电厂事故类型:(1)生产过程中可能发生的事故包括人身伤亡事故、设备事故、火灾事故、环境污染事故、交通事故等。(2)脱硫工程项目可能发生的事故包括人身事故、设备事故、火灾事故、环境污染事故、交通事故等。(3)受自然灾害、人为破坏等非内部生产因素的影响,包括地震、洪水、台风、暴雨等。

火电厂事故应急管理的主要特点是应急响应的快速性、高效性及可预测性。电厂事故应急响应的快速性要求该系统必然基于有效的B/S架构设计,随时随地可在一台普通PC机或手持设备上,通过Internet Explorer打开并运行;高效性依赖于可视化的、直观的火电厂系统仿真模拟;可预测性依赖于火电厂应急管理与事故机理的深层次研究[3,4,5]。

3 系统总体设计

系统采用GIS三维可视化仿真技术,对基础地图数据、应急资源数据、重大危险源数据及其它相关的属性数据进行管理。以WEB方式提供信息查询;以电子地图的方式实现电厂所在县(市)环境的显示;以三维虚拟现实的方式实现厂区及周边环境的显示;预测模拟事故演化过程、危害范围等,同时利用人工智能与空间分析技术实现最佳路径及最佳救援方案分析。

系统通过地理信息系统(GIS)与全球卫星定位系统(GPS)的结合,实现对应急车辆的指挥与跟踪定位[6]。同时,该系统实现与上级生产安全应急救援指挥中心对接实现数据上报及接收上级指令,协调各专业应急救援队、应急指挥中心以及其他机构,实现与事故现场实时通信,达到协同作战的目的。满足重特大事故应急值班以及图像和数据传输等管理工作要求;为生产安全事故应急救援提供技术支持。为政府领导远程组织和指挥生产安全事故应急救援工作,快速、科学决策提供技术保障。

系统采用基于Intranet/Internet结构、C/S模式与B/S模式相结合的体系结构。对于全省建立的系统,在省安监局内部各相关部门的应用采用C/S结构,企业信息采集、与地市安监局的联网以及其他应急单位之间的联动采用B/S结构。系统构架图见图1。

4 系统模块划分及主要功能

4.1 系统模块框图

电厂应急管理及仿真系统,包括五个主要子系统,囊括了事故警报、应急信息管理、应急演练、应急救灾指挥、应急力量调度、事故现场三维虚拟现实仿真等各种功能,系统功能结构如图2所示。应急管理仿真系统的核心部分按照应急准备、应急响应与启动、应急救援决策支持、应急恢复、应急结束等流程设计,其中本系统对应急恢复功能暂时不予支持。

4.2 模块功能简介

4.2.1 信息采集与管理

该系统实现远程采集(或本地录入)企业应急救援工作所需要的各种数据,数据能够通过系统上报给集团公司,为应急救援指挥提供可靠的依据。信息采集与管理系统可与集团公司现有的安全管理信息平台相结合,取长补短,避免重复性的开发工作和造成资源的浪费。

4.2.2 基于GIS三维可视化仿真技术的应急救援决策支持

基于GIS三维可视化仿真技术,对电厂及周边环境进行虚拟现实仿真,而电厂所在的较大地理坐标范围则以电子地图方式显示。运用相关数学模型将两种虚拟环境整合,使得在整个系统环境内达到最优化分析的目的。

4.2.3 桌面模拟演习

系统提供事故现场三维模拟仿真,进行桌面演习,包括指挥演习、应急力量出击、现场救援等等,系统根据演习的情况对演习进行评估给出分数并给出定性说明,并将演练计划及演练完成情况形成报表,以WEB页形式发布。

4.2.4 应急车辆调度指挥

系统利用GPS对企业车辆进行跟踪定位,并在GIS中显示应急车辆的运动情况,实现对车辆指挥功能,以便在应急情况下全面调动电厂一切可用力量投入救灾工作,同时保证救援车辆进出电厂的道路畅通无阻。

4.2.5 接警分类处理

系统接收电话与短信呼叫、传真请求、特定报警按钮的报警,确定事故发生部位,给出应急指挥机构组织、应急资源等,并生成事故简报向集团公司外网发布。

5 系统实现

本项拟研究的电厂应急管理及仿真系统,将运用数据仓贮技术、智能引擎技术、虚拟建模与仿真技术、计算机网络与信息技术等,在对电厂区域及周边环境进行三维虚拟现实仿真的基础上,实现事故现场三维模拟仿真,包括应急演练,应急救援,应急疏散,应急逃生,应急车辆调度指挥等。

基于GIS三维可视化仿真技术的应急救援决策支持系统实现了对电厂所在行政区划的卫星、电子图片进行矢量化分析与处理,对电厂及周边区域进行三维虚拟现实仿真。在此基础上实现电厂应急救援力量搜索、救援物资分布图生成、最佳疏散路线及救援路线分析、事故后果模拟等功能。图3为重大危险源辨识模块中对多种危险物质同时存在时进行辨识。

IMAGIS系统平台可以建立一个三维可视的地理信息系统,能够为电厂的管理、基建、维修、扩建规划和决策等提供最新的地上、地下信息,是进一步提高电厂管理效益、管理水平的新途径,而利用系统生成的三维漫游影像,可以对电厂的企业形象、对外宣传等起到很好的作用。真实、直观地再现电厂的建筑、设备、地表信息以及地下管道等的三维景观。基于网络浏览、查询、检索各种实体的属性信息,管理起电厂庞大的基础数据库,包括设备信息、人事档案、设计图纸等。提供准确的三维地理数据,以便更加快捷、准确、节约地进行设备的维修、更换、改造等。采用分层、分区管理。利用电厂的设计图和施工图IMAGIS系统进行严格、快速的三维建模。用图表连动对各实体模型进行属性管理,如图4所示:

6 讨论

本系统的信息化水平处于企业智能决策的阶段,基于数据仓库和数据的挖掘。本系统将二维GIS、三维GIS集成应用到应急救援管理中,是GIS在应急救援管理中的一个非常重要的探索,有机地结合了二维电子地图的宏观性、整体性、简洁性和三维虚拟场景的局部性、现实性、直观性的优点,同时又克服了二维电子地图的抽象多以性和三维虚拟场景漫游的方向迷失感。

在WebGIS支持下探讨了大型企业应急信息分层联动和网络共享,拓展了C/S模式应急决策支持系统的应用。根据大型企业重大事故应急管理的特点,将应急管理的基础数据、时事数据、事故后分析模型模拟结果均基于WebGIS动态发布,构建了数据共享、网络会商的信息化平台。

摘要：本系统对火电厂区及周边环境进行虚拟现实仿真,重点突出厂区重大危险源,其他具有较大危险性的设备、设施,厂区重点保护的设备、厂房、建筑,厂区道路交通以及气象条件等因素;实现对基础地图数据、应急资源数据、重大危险源数据及其它相关的属性数据进行管理,以WEB方式提供信息查询;运用虚拟现实仿真技术实现重大危险源周边环境的三维仿真显示,预测事故影响范围,以及可能发生的次生事故,同时利用人工智能与空间分析技术实现最佳路径及最佳救援方案的分析,为领导实施远程应急救决策提供辅助与支持。

关键词：GIS,火电厂,应急管理,仿真系统

参考文献

[1]刘春林.应急管理中的紧急物资调度的模型与方法研究,东南大学博士学位论文,2000LIU Chun-lin.Research on the model and methods of ur-gent emergency material dispatch in emergency manage-ment[D].Southeast University,2000

[2]姚杰,池宏,计雷.带有潜变量的结构方程模型在突发事件应急管理中的应用.中国管理科学,2005,13(2):44~50YAO Jie,CHI Hong,JI Lei.The application of structuralequation model with latent variables in the emergencymanagement[J].Chinese Journal of Management Sci-ence,2005,13(2):44~50

[3]于辉,陈剑,于刚.回购契约下供应链对突发事件的协调应对.系统工程理论与实践,2005,(8):38~43YU Hui,CHEN Jian,YU Gang.Supply chain coordina-tion under disruptions with buy back contract.SystemsEngineering-Theory&Practice,2005,(8):38~43

[4]于辉,陈剑,于刚.批发价契约下的供应链应对突发事件.系统工程理论与实践,2006,(8):33~41YU Hui,CHEN Jian,YU Gang.Managing wholesaleprice contract in the supply chain under disruptions.Sys-tems Engineering-Theory&Practice,2006,(8):33~41

[5]Richard C,Evelyn A.Evaluating Dispatching Conse-quences of Automatic vehicle Location in EmergencyServices.Computers&Operations Research,1978,5(1):11~30

电厂系统仿真 第7篇

锅炉是火力发电厂的三大主机中最基本的能量转换设备。输煤系统是其重要的辅助机构, 与其它相应的机电设备共同担负着火电厂电力生产燃料的供应任务, 完成从煤源 (卸船机、翻车机、卸车机、汽车卸煤沟等) 至储煤场, 再由储煤场到主机煤仓, 或者直接到主机煤仓的卸煤、贮煤、上煤和配煤任务[1]。输煤系统具有控制设备多、分布广、工作环境恶劣, 操作频繁及维护工作量大等特点。传统的控制方法依靠人工手动启、停及检修输煤系统, 大大落后于电厂向自动化、一体化发展的步伐。随着工矿企业的发展及其生产规模不断扩大, 发电量日渐增加, 对输煤系统的稳定性、自动化、多功能、安全可靠等要求越来越高, 这就迫切需要一种具备自动启动、停止、排除故障、便于检修及运行稳定等特点的的锅炉输煤系统[2]。

本文在充分了解国内外火电厂燃料输煤控制系统发展趋势的前提下, 结合小型火力发电厂输煤系统的运行模式, 充分考虑输煤系统的控制要求及其可靠性, 对输煤控制系统的组成、工作特点、控制方式等做了全面的分析, 设计了基于PLC控制的锅炉自动输煤系统。通过西门子S7-200的编程与仿真软件运行了锅炉输煤系统的控制程序, 程序运行良好, 达到了预期的设计目标。

1 输煤系统的硬件设计

1.1 锅炉输煤系统的组成

小型火电厂输煤系统将煤场输送来的未经处理的煤粉经给煤机送往1#皮带运输机, 然后经过筛煤机筛选, 筛下细煤经缓冲滚筒至2#皮带运输机;筛上的大块煤经碎煤机砸碎后送至2#皮带运输机。然后煤粉经高位转运站、三通挡板、落煤管、煤仓间, 送至3#皮带运输机[3]。1#、2#、3#皮带为TD75型带式输送机, 主要参数为带宽10m;输送量300t/h;带速2.0m/s;输送机长分别60m、40m、30m。数量设为2台, 其中1台为备用机。锅炉输煤系统组成如图1所示[4]。

1.2 输入/输出模块地址分配

系统选用西门子S 7-2 0 0型P L C, 型号为CPU226 CN。根据分析, 输入模块包括启动按钮、停止按钮、继电保护、故障保护、模式切换按钮等。PLC系统数字量输入点分配表如表1所示[5]。

输出模块包括电铃、给煤机、1#皮带、筛煤机、碎煤机、2#皮带、3#皮带及相应的故障指示灯。数字量输出点分配表如表2所示。

1.3 设计PLC外围硬件线路

PLC利用集成技术, 大幅度减少机械触点和硬件连线的数量, 降低了硬件故障发生率, 具有硬件故障自我检测功能, I/O接口设置光电隔离, 有效克服电气和辐射等干扰。图2为PLC外部接线图。

2 PLC的软件设计

2.1 软件总体设计

根据被控对象 (输煤设备和输送过程) 控制要求及设计目标, 编写程序流程图, 应用PLC编程语言、指令模块化设计。流程图主要由工步、有向连线、转换条件和动作四部分组成。程序总流程图如图3所示。

2.3 梯形图语句设计

根据程序总流程图分别设计系统初始化模块、顺序启动模块、顺序停车模块、故障排除模块及独立运行模块。

3 编译与仿真

3.1 软件编译与调试

S T E P 7-M i c r o/W I N是西门子公司专为SIMATIC S7-200 PLC研发的编程软件, 它基于Windows的应用软件, 功能强大、简单易学[6]。编译程序, 检查语法错误, 将LAD转换为STI, 如图6所示。

3.2 S7-200 PLC程序仿真

S7-200PLC仿真软件对程序进行脱机仿真, 模拟PLC的工作状态, 检验程序是否达到目标要求。仿真软件运行界面图如图7所示。

系统出现故障后, 故障点提示信号输入, 故障设备及其前级设备立即停车, 不再向故障设备输送煤粉, 避免煤粉堆积;按运行顺序故障设备至3#皮带 (包括3#皮带) 将继续运行, 按照联锁停车顺序停机, 由相应的指示灯指示发生故障的设备, 便于工作人员及时检修。以仿真筛煤机故障自动排除语句为例如图8所示。

4 结束语

本文分析了小型火力发电厂输煤控制系统的组成、工艺流程和控制要求, 制定控制目标。起动时, 为了防止堆煤、堵煤, 按逆煤流方向起动;停止时, 为了避免出现剩煤, 按顺煤方向停止[7]。选用德国SIEMENS公司推出的S7-200型PLC, 分配输入/输出点地址, 设计硬件连线, 利用STEP 7-Micro/WIN编程软件编译调试程序, 并利用S7-200 PLC仿真软件对系统程序进行了仿真, 得到了预期的效果。

摘要：电厂锅炉输煤系统主要任务是:输煤与存储。为避免滞留煤粉, 通常启动和停车方向相逆。为提高效率并降低成本, 输煤系统必需自动、及时、有效地排除故障。本文介绍了自动排故输煤系统的组成及控制要求, 选用西门子S7-200型PLC, 设计了系统的硬件连接, 运用STEP7-Micro/WIN编译软件程序, 在S7-200 PLC环境下实现脱机仿真。程序运行良好, 得到预期的效果。

关键词：S7-200 PLC,输煤系统,自动排故,PLC仿真

参考文献

[1]叶江明.电厂锅炉原理及设备第三版[M].北京:中国电力出版社, 2010.1.

[2]薛迎成, 何坚强.PLC基础与实践[M].北京:电子工业出版社, 2010.8.

[3]严俊杰, 黄锦涛, 张凯.电厂热力系统及设备[M].西安:西安交通大学出版社, 2003.8.

[4]屠珊.发电厂辅助设备及电气系统[M].西安:西安交通大学城市学院, 2012.9.

[5]杨振坤.电工技术与电子技术第二版[M].西安:西安交通大学出版社, 2010.7.

[6]王永华.现代电气控制及PLC应用技术[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2010.

电厂系统仿真 第8篇

如何正确指导运行人员掌握抽水蓄能电厂各种复杂的操作和信息处理方法, 已经成为当前抽水蓄能电厂急需解决的问题。传统方法是通过书本讲授, 在图纸或模拟板上练习操作或者进行模拟演习来培养运行人员的操作技能和事故处理能力, 这种方法缺乏真实感, 培训效率低下, 培训效果不佳。

针对上述问题, 本文对抽水蓄能电厂全范围运行过程、上位机与下位机的工作原理及逻辑、电厂操作人员的培训等问题进行了大量的研究, 开发了基于J2EE分布式多层应用模型的抽水蓄能电站仿真培训系统, 充分利用了J2EE平台的独立性、可移植性、多用户性、安全可靠性等优点, 具有安装使用方便, 扩展功能强大。

1 系统架构及关键技术

1.1 J2EE分布式多层应用模型

J2EE (Java Platform Enterprise Edition) 是Java平台中适用于企业级应用开发的版本, 它是在J2SE的基础上构建的, 提供了Web服务、组件模型、管理和通信API, 可以用来实现企业级的SOA (面向服务体系结构) 和多种应用程序。它采用分布式多层应用模型, J2EE组件根据其功能的不同, 可以安装在不同的计算机上, 出现在不同的层面上, 其层次结构主要分为客户端层、Web层、业务层和EIS (企业信息系统层) 。

采用J2EE分布式多层应用模型, 具有以下优点: (1) 灵活性, 该模型结合了传统的C/S和B/S结构优点, 既可以运行客户端程序, 还可以提供Web服务, 增强了该仿真培训系统的运用灵活性。 (2) 高效性, 各层分工明细, 协调运行, 克服传统的C/S结构的“瘦客户端, 胖服务器”的缺点, 提高了整个系统的运行效率。 (3) 可维护性强, 各层功能既相互独立又通过网络联系, 可分别进行单独维护, 互不影响。 (4) 可靠性高, 全部功能模块基于统一的J2EE技术标准, 相互之间实现无缝连接, 具有高可靠性。

1.2 关键技术

1.2.1 多功能高仿真客户端开发技术

采用了面向实体对象的编程技术, 实现电厂设备的高仿真图元建模, 以实际操作系统为蓝本制作出真实性强的客户端软件。同时为了实现对多个学员进行同时培训, 该系统采用了JCA (Java连接器体系技术) , 实现多客户端与EIS之间的无缝集成, 构建一个安全性和事务性的方式进行通信, 并结合多线程技术和透明代理技术, 处理双向数据流和监听报文, 实现客户端与后台服务的无缝对接。

1.2.2 多层身份认证和安全接入技术

为了提高该系统的安全性, 学员进入该系统时需要进行多层身份认证, 首先是客户端身份认证, 根据用户名和密码进行身份确认, 此时学员还不具有操作权限, 需要等待教练台再次对学员的身份进行确认后, 才会返回系统连接确认和操作权限。同时教练台的教员也需要进行身份认证, 防止其他人员通过Web登陆, 确保整个仿真培训系统安全高效运行。

仿真培训系统与电厂SCADA系统的连接采用了单向被动数据传输技术, 即培训系统被动接受电厂实时数据, 而电厂SCADA系统不接受任何来自培训系统的信息。这样可以防止仿真培训系统对电厂实际生产造成的影响, 提高安全性。

1.2.3 图数一体化建模技术

该技术主要包括动态图元建模技术和动态设备建模技术。动态图元建模技术主要针对抽水蓄能电厂发电机、调速器、水轮机以及励磁系统等设备建立动态图元模型, 能够真实地反映出设备的各种运行状态。动态设备建模技术是建立抽水蓄能电厂主要电气设备和网络的动态数学模型, 尤其是抽水蓄能机组模型、调速器模型、励磁机模型、网络模型、潮流计算模型等, 以实现抽水蓄能电厂的数字化运行。同时还需要构建两者之间的同步数据处理模块, 主要用于处理上位机和后台模型之间的逻辑关系, 包括操作逻辑关系、故障逻辑关系、检修逻辑关系、状态逻辑关系、闭锁逻辑关系等, 实现两者之间的同步数字双向传输, 提高仿真真实性和实时性。

2 可视化图形建模工具

图形建模工具主要是对抽水蓄能电站各关键设备进行动态图元建模, 以绘制上位机监控系统模拟图, 并通过图形加载显示平台, 连接后台仿真数据, 动态刷新图元设备状态, 显示仿真结果, 同时还可以加载曲线图、棒图、报警站等。

2.1 设计思路

图形建模工具主要设计思想是利用面向对象的编程技术对抽水蓄能电厂的关键设备进行分类处理。例如发电机、变压器、断路器、水泵等, 将每一类设备当作一个对象, 每个对象都封装有一组属性和对这组属性进行处理的方法, 从而使这个对象能够完整的描述一个具体的设备, 封装信息的隐蔽性反映了设备的相对独立性, 当从外部观察对象时, 只需要了解对象所呈现的外部行为, 而不必关心它的内部细节。

该工具采用Java语言编写图元模型程序, 利用Java的继承性和多态性, 构建基本图元模型, 包括直线、矩形、圆形、多边形及文本等。再以基本图元为对象, 通过图形组合处理, 结合动态数据刷新和设备状态显示要求, 构建高级图元, 如发电机、变压器、断路器等。

2.2 可视化建模工具展示

该实用型平台是一种基于Java技术的图像建模平台, 能够对不同的对象进行图形化建模, 包括建立静态和动态模型, 可用于各类图形化监控系统的开发。具有开发周期短、画面清晰、平台无关性、分布式、可靠性和安全性及多线程等特点, 尤其适合于分布式电力系统监控系统的开发。

2.3 可视化图形加载显示平台

图形加载显示平台是整个仿真培训系统的人机交互界面, 该加载平台遵行J2EE开放式标准, 可以根据需求加载多种功能模块, 实现多种功能模块的无缝集成。同时可以在不同计算机硬件平台上进行多屏显示和互操作, 例如可以分屏同时显示模拟图、曲线图、棒图、报警站等, 提高仿真培训效率。该平台启动以后, 会触发一个网络连接, 当学员身份认证以后, 系统启动2个线程, 一个是接受后台服务数据线程, 另一个是上位机操作命令发送线程。

3 抽水蓄能电厂计算机仿真培训系统

利用该可视化图形建模工具, 采用基于J2EE分布式多层体系结构的惠州抽水蓄能电厂计算机仿真培训系统, 该系统对其生产过程实现全数字化仿真, 是惠州抽水蓄能电站实现数字化电厂不可分割的重要组成部分。

3.1 系统结构

该计算机仿真培训系统从功能可以分为两大部分: (1) 仿真培训系统, 主要功能包括电厂操作逻辑和流程仿真, 电厂电气仿真、事故预演、紧急预案的演练以及事故的模拟回放等, 通过学员台人机交互界面直接对新学员进行培训指导。 (2) 实时在线监测系统主要与电厂监控系统SCADA连接, 采集实时数据, 发送到客户端监控界面上显示。使电厂工作人员在办公室就可以了解全厂的实时运行情况。仿真培训系统结构如图1所示。

3.2 系统功能

3.2.1 学员台功能

学员台是仿真培训系统的人机交互接口, 具有可操作和不可操作2种权限。可操作权限主要仿真功能如下: (1) 上位机监控界面仿真; (2) 机组有功/无功控制操作仿真; (3) 开关倒闸操作仿真; (4) 抽水蓄能机组工况转换操作仿真; (5) 辅机系统调节状态仿真; (6) 故障仿真; (7) 曲线图仿真; (8) 棒图仿真; (9) 报警站仿真。不可操作的主要功能是获取电厂实时数据, 刷新监控界面, 实时反映电厂运行状况。

3.2.2 教练台 (Web服务组件) 功能

教练台主要功能包括: (1) 学员管理, 对接受培训的新学员进行统一的信息管理, 便于指导培训和后期培训考核。 (2) 案例维护, 包括案例查询与回放和案例编辑与仿真。 (3) 仿真设置, 包括案例仿真设置和功能仿真设置。 (4) 仿真控制。主要进行初始化、仿真加速、暂停、减速、回放等, 便于教导员进行培训教学。 (5) 故障设置, 由教练台随意设置一个故障, 培训学员的故障处理能力。 (6) 考核评分, 教练台根据考核培训信息, 可选择手动和自动打分, 对学员进行评定。 (7) 后台系统维护, 变量和历史数据远程维护。

3.2.3 后台服务组件

后台服务组件是整个仿真培训系统的核心功能组件, 运行在J2EE服务器上, 其主要核心功能包括: (1) 通讯服务, 包括通讯接口分配、通信数据逻辑处理、用户身份校验、通讯数据缓冲等。 (2) 下位机流程控制服务, 主要分为抽水蓄能机组工况转换流程控制、开关倒闸操作流程、故障操作、检修操作、状态信息闭锁等。 (3) 抽水蓄能电厂动态数学模型, 主要包括抽水蓄能机组模型、调速器模型、水轮机模型、励磁系统模型、网络模型、潮流模型、短路计算模型等。 (4) 数据库查询和存储, 主要是根据学员台和教练台的数据请求, 在数据库服务器中查询所需数据, 反馈到上位机客户端软件 (学员台/教练台) , 同时将仿真相关信息发送到数据库中进行存储, 便于进行功能回放和历史数据查询。

3.2.4 数据库服务器

在该服务器中运行着2个数据库, (1) 实时数据库。主要功能是从电厂SCADA获取实时数据, 响应学员台客户端数据请求, 使学员台客户端能够实时反映电厂的实际运行情况。 (2) 仿真培训数据库, 主要是用于定义、存储、查询、修改仿真培训系统数据变量以及相关信息, 便于进行仿真案例回放、仿真历史查询等。

4 结论

本文所述的仿真培训系统是对抽水蓄能电厂全范围运行过程、上位机和下位机工作原理及逻辑、电厂电气设备特性和运行状况的全方位高度仿真, 给电厂新学员提供了一套极度真实的抽水蓄能电厂仿真培训系统, 可实现大批学员的同时培训, 给学员一种接近实际系统的操作感受, 使新学员能够快速地掌握整个电厂的运行操作和反事故方法, 明显提高了电厂运行人员的培训效率。

电厂系统仿真 第9篇

作为燃煤电厂建设中的一个重要环节, 输煤系统在保障机组的安全可靠运行和保证电厂的经济效益方面都起着举足轻重的作用。因此, 输煤系统的可靠性和稳定性必须要得到有效的保障, 同时其自动化水平也要达到现代化电厂的要求。输煤系统具有组成设备多且位置分散, 工艺流程复杂、沿线环境条件恶劣、安全性可靠性要求高等特点, 一般采用以PLC为主要控制设备的监控系统来实现对整个工艺过程的控制。

1 上位监控系统

为了符合现代化工艺的要求, 输煤程控系统采用国际上流行的CRT (上位机监控) 方式, 设立主控室, 将上位机置于主控室内, 采用热备冗余, 其功能是能监视设备的运行状态、设备参数, 对各种运行方式进行选择与切换, 同时还可以显示模拟量参数、进行声光报警、打印数据等。上位机选用工业触控平板电脑替代普通的工控机, 其特点是外形美观, 前面板采用铝镁合金压铸成型, 结实耐用;集主机、液晶显示器、触摸屏合为一体, 稳定性好。通过以太网与PLC相连, 负责管理PLC系统, 发出指令, 并处理分析来自PLC的信息, 实时模拟显示现场的运行状态。

2 PLC控制系统

2.1 系统配置

PLC控制系统是该程控系统的核心, 本系统设计采用OMRON公司的CPM2AH系列60CDR-A NEW PLC为下位机, 用欧姆龙专用的controller link网连接, 主机同样采用双机热备形式, 以确保在万一有一台PLC主机故障或死机的情况下, 整个系统仍可照常运转。控制系统电源采用双路220VAC供电, 并能够自动切投;控制电源采用24VDC和l10VDC冗余电源。编程软件选用CX-Programmer, 具有多种语言编辑方式, 可在全中文环境下操作, 支持Windows的拖拉及粘贴, 并配有完备的检索功能和常用标准位简易输入功能, 为使用者创造了一个高效的编程操作环境。

2.2 控制方式

整个输煤程控系统共设置五个I/O站, 其中3个置于煤控室, 两个置于煤仓层。PLC主机通过各I/O站对现场设备进行控制, 控制方式分为自动控制、手动控制和就地控制三种:1) 自动控制方式。此方式实现了对整个输煤系统的全自动控制, 所有操作均在上位机CRT触控画面上进行, 由PLC系统完成对各个模块的控制, 包括正常情况下的启停控制, 异常情况下的故障报警工作以及紧急情况下的保护控制等。运行人员在系统图上选择自动运行模式并进行确认, 即能启动整个系统。现场所有的设备按照工艺要求进行联锁, 以防止在启停过程中的煤料堆积现象, 对工作和设备造成不良影响。联锁分启动、故障和停机3种方式进行。启动时, PLC按照逆煤流方向对现场各设备发出启动信号, 每台设备启动前以警铃的方式进行报警, 普通设备15s, 主要设备30s, 警铃过后, 设备自动启动。故障时, 故障设备及其上游各点瞬时停机, 其下游各点按顺煤流方向依次停机;待故障结束后, 重新启动其他设备。停机分为两种, 一种是正常停机;另一种是紧急停机。正常停机时, PLC按照顺煤流方向逐一按预定的延时进行停机;紧急停机时, 运行设备立即全线停机, 除非运行人员在确保安全的情况下复位急停按钮, 否则系统一直处于禁止启动状态。2) 手动控制方式。手动控制方式又分为联锁手动和解锁手动两种。联锁手动为半自动化控制, 运行人员在上位机CRT画面上进行操作, 通过PLC完成。同样按照工艺的要求, 按逆煤流方向一对一启动设备, 按顺煤流方向一对一停机。解锁手动时, 设备间无任何联锁关系, 可实现设备的单机启动, 常用于调试或检修等情况。3) 就地控制方式。就地方式是通过现场控制箱或开关柜对设备的运行状态进行控制, 在此工作方式下, 主控室发出的信号对设备不起作用, 常用于设备的检修、校验过程。

3 组态设计

监控画面采用Wonderware组态软件Intouch9.0完成系统组态及编程, 能适用于Window XP操作系统, 为工程师提供了更加简单易用的开发环境和更丰富、强大的功能。启动组态软件, 进入开发系统后, 首先按照工艺的要求创建工程路径, 采用软件系统图形库中的图像来模拟工程设备, 绘制所需画面。将需要与组态软件交换数据的设备都定义为外部设备, 使两者能通过I/O变量进行数据交换。随后对数据库进行构建, 数据库是连接上位机与下位机的桥梁, 在数据库中定义好相关的变量后, 建立动画连接, 其目的是将画面的图形对象与数据变量一一对应, 当变量值改变时, 图形以动画的形式表现出来。运行人员在上位机上发布的指令即可通过实时数据到达操作现场, 同时将现场的运行状况以动画的形式反映到CRT画面上。

4 结论

该系统采用PLC程控系统对整个输煤过程进行控制, 将计算机技术、PLC技术、组态技术等融为一体, 配备工业触控平板电脑, 应用先进的Wonderware Intouch9.0组态软件, 不仅功能更为强大, 模拟效果更加逼真, 且极大的方便了编程工作, 减少了现场调试的工作量, 大大提高了燃煤电厂输煤系统的自动化水平, 使输煤系统的可靠性和稳定性得到了有效的保障。

摘要：利用Wonderware组态软件Intouch9.0仿真技术与PLC技术相结合, 不仅能提高系统的安全可靠性, 也使人机界面更加生动明了, 提高了燃煤电厂输煤系统的自动化水平和经济效益, 可供其他燃煤电厂借鉴。

关键词：输煤,PLC,组态软件,控制

参考文献

[1]邱公伟.可编程控制器网络通信及应用[M].北京:清华大学出版社, 2003.

[2]彭刚.黄埔发电厂输煤控制系统改造.技术交流, 2007 (5) :56-58.