1000MW超超臨界火電機組仿真平臺應用

李青，李健，徐浩

（1.華北電力大學 工業過程測控新技術與系統北京市重點實驗室，北京 102206；2.華北電力大學 控制與計算機工程學院，北京 102206；3.北京國電龍源環保工程有限公司，北京 100039）

0 引言

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

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

圖1 仿真平臺結構圖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 汽輪機相關子系統菜單Fig.4 Turbine subsystem menu

1 平臺結構及功能

1000MW超超臨界火電機組仿真平臺可實現對實際發電機組的1:1全范圍仿真，可進行機組啟停機、故障處理、小指標優化等運行操作練習，也可將控制算法嵌入模型服務器通過觀察仿真機組運行狀況進行算法驗證及改進等科研工作。該仿真機基于保定華仿科技股份有限公司STAR-90仿真技術，為一體化支撐平臺，控制系統邏輯、模型、畫面均由該支撐平臺實現，具有強大的故障模擬，抽點回退等功能。仿真平臺結構如圖1所示。

仿真平臺采用性能卓越的服務器作為主機，仿真模型位于主機中，具有可調性，用戶可根據實際要求對模型進行修改，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、圖形建模環境及直觀易用的操作臺，具有良好的人機界面，可實現多種窗口顯示、菜單顯示、菜單驅動等功能，具有顯示畫面豐富，在線監測與調試、使用靈活方便等特點。工程師站可進行系統生成及組態，教練員站可實現仿真教學及培訓功能，如圖2所示。

操作員站則使用高性能微機，以Windows XP或win7操作系統為運行環境，采用Borland C＋＋ Builder為軟件開發平臺，實現與實際機組控制效果一致的仿真監控環境。圖3所示為DCS操作員站啟動界面，圖4所示為汽輪機相關子系統菜單。

操作員站與主服務器通過局域網相連接，保證了仿真系統的實時性。

2 平臺應用

2.1 平臺在本科生實踐教學環節中的應用

實驗、實踐教學在培養學生嚴謹的科學思維和創新能力、理論聯系實際，特別是與科學技術發展相適應的綜合能力，以適應科技發展與社會進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的為期一周的“電廠仿真機實踐環節”深受廣大師生歡迎，正是因為它餞行了“厚基礎，重實踐，強能力”的實踐教學理念，使理論與實踐更好的結合在一起。

仿真機實踐環節采用專業教師演示指導，學生自主練習的教學模式。教師以電廠操作規程為基礎，結合學生實際情況，編寫仿真機指導教材，用于指導學生上機使用。

在完成專業課學習的基礎上，通過觀看實際電廠照片及相關視頻，使學生充分了解火電廠的生產流程、生產設備的原理及構造，由教師結合仿真機詳細講解1000MW超超臨界火電機組的生產流程。學生在指導教師的講解下，對整個仿真軟件的系統流程及各操作界面有了相對清晰的認識后，開始進行上機操作。上機內容可分為啟停機操作、故障處理及小指標優化操作練習三部分。

啟停機操作：主要完成機組冷態啟動，升負荷至額定工況運行，再降負荷至停機的所有操作。學生按人數分成若干組，每組人員按電廠實際崗位進行分工合作，獨立完成冷態啟動的所有操作，從設備送電，輔助系統投運，鍋爐點火升溫升壓，汽輪機沖轉并網帶負荷，升負荷，鍋爐濕態轉干態，CCS投入，直至滿負荷運行。完成啟機操作后，機組為額定負荷，接下來進行停機演練，降負荷，發電機解列，降轉速惰走直至主軸停止。指導教師在學生操作前先進行重點步驟快速演示，進而在學生實際操作中負責解決其所遇到的問題，并將問題引申與專業課程中所學內容相聯系，鞏固學生理論知識的學習[3]。該仿真系統所具有的保存讀取狀態及抽點回退功能（見圖2），使得學生在操作錯誤導致失敗時可退回到上一正常狀態，不至于過多浪費時間進行重復操作。通過啟停機的操作練習，學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：由指導教師設置故障，學生通過觀察參數或設備狀態變化等現象找出故障問題并進行處理，如一次風機跳閘引起RB、給水泵跳閘引起RB、主汽溫度異常等。通過故障處理，實際鍛煉了學生理論聯系實際的處理問題、解決問題的能力，同時加深了對課堂知識的理解。

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

2.2 平臺在科研中的應用

由于該平臺為一體化支撐平臺，控制系統邏輯、模型、畫面均由該支撐平臺實現，仿真模型位于主機中，所有控制策略及算法采用STAR-90算法編寫，內嵌在模型庫中，STAR-90算法庫可對用戶開放，用戶可根據實際要求對模型進行修改，添加模型庫，改變控制策略，因此可將該平臺提供給研究生、教師或其他相關科研人員，讓科研人員針對大容量機組的創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行了大量科研工作，取得了良好效果，如：研究協調控制系統仿真評價，驗證魯棒控制，預測控制等算法；研究燃料BTU校正；研究再熱汽溫控制仿真評價等。

2.3 平臺在電力從業人員教學中的應用

該平臺除應用于學生教學及科研外，也可用于對電力從業人員的教學。針對不同的對象，教學側重點有所不同，如針對電廠新入職運行人員，則教學時間較長，應嚴格按照運行規程進行反復操作練習，尤其要鍛煉其故障處理及小指標優化運行能力；若針對企業設計人員，則應重點培訓其對電廠各子系統工作流程的理解，而不強求其運行能力。將仿真平臺用于電力從業人員的教學，充分發揮了平臺功能，為電力行業培養了一大批專業技術人才。

3 結語

將1000MW超超臨界火電機組仿真平臺用于電力實踐教學，使廣大師生得到了理論與實際結合的機會，培養了學生的工程實踐能力、提高了學生的綜合素質，為科研人員進行研究工作提供了支持，也為電力行業培養了一大批專業技術人才。平臺適應了不同類型、不同層次學習者的需求，取得了令人滿意的效果。

[1]江哲生,董衛國,毛國光.國產1000MW超超臨界機組技術綜述[J].電力建設,2007,28(8):6-13.

[2]胡剛剛,楊志平,徐鴻,等.能源動力類實驗教學示范中心[J].實驗技術與管理,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平臺建設與應用[J].中國電力教育,2009(137).