在線(xiàn)仿真技術(shù)在伊敏發(fā)電廠(chǎng)的應用
摘要：本文首先從在線(xiàn)仿真系統的概念進(jìn)手，對其進(jìn)行一個(gè)較為扼要的先容；然后用系統組成的方式先容來(lái)在線(xiàn)仿真系統的各個(gè)部分；通過(guò)對軟件功能進(jìn)行重點(diǎn)剖析，闡述在線(xiàn)仿真系統在伊敏電廠(chǎng)的實(shí)施與應用價(jià)值。
1　引言
隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展，電廠(chǎng)仿真技術(shù)也在發(fā)生著(zhù)日新月異的變化，實(shí)時(shí)仿真技術(shù)已被廣泛地應用于運行職員培訓和系統設計驗證等方面，但這些仿真系統都是與機組運行和生產(chǎn)治理沒(méi)有直接聯(lián)系的孤立系統。另一方面，電廠(chǎng)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(chǎng)的計算機自動(dòng)控制技術(shù)的高速發(fā)展使電廠(chǎng)大量數據的共享成為可能。這種數據共享會(huì )進(jìn)步電廠(chǎng)數據的利用效率，產(chǎn)生更多的附加值，從而更好地發(fā)揮仿真系統及信息系統的效能。數字化電廠(chǎng)[2]解決方案適時(shí)而生，將生產(chǎn)與治理有機融為一體，是對電廠(chǎng)的控制、仿真與信息系統的整體解決方案。其首要完成的就是其基礎組成部分-在線(xiàn)仿真系統（On-LineSimulation,OLS）。 電容表| 電力分析儀| 諧波分析儀| 發(fā)生器| 多用表| 驗電筆| 示波表| 電流表| 鉤表| 測試器| 電力計| 電力測量?jì)x| 光度計| 電壓計| 電流計|
對伊敏電廠(chǎng)而言，在線(xiàn)仿真系統用"科英"支撐平臺建立實(shí)時(shí)共享數據庫，接收現場(chǎng)控制系統數據、在線(xiàn)仿真系統模擬的數據，實(shí)時(shí)地對數據進(jìn)行分析與處理，并保存在實(shí)時(shí)共享數據庫與歷史數據庫中，實(shí)現信息的全面共享。這種信息的共享能實(shí)現在線(xiàn)的運行分析，輔助電廠(chǎng)的運行，并對故障進(jìn)行在線(xiàn)猜測、報警、診斷與分析，從而進(jìn)步電廠(chǎng)的安全性和經(jīng)濟性。
從技術(shù)上講，在線(xiàn)仿真與傳統離線(xiàn)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、仿真系統的實(shí)時(shí)/歷史共享數據庫；
(2)更精細的在線(xiàn)仿真模型：通過(guò)與電廠(chǎng)現場(chǎng)同步來(lái)丈量模型的精細度；
(3)更高的穩定性要求：長(cháng)期在線(xiàn)不中斷運行；
(4)更自動(dòng)投進(jìn)：在線(xiàn)仿真系統投進(jìn)時(shí)，系統有能力自動(dòng)初始化到電廠(chǎng)實(shí)際運行狀態(tài)；
(5)更高的智能化水平：在參數整定、現場(chǎng)操縱有效性判別等方面具備自學(xué)習能力；
(6)更多的與經(jīng)濟性和安全性相關(guān)的參數；
(7)更高的完整性與可維護性要求：監控頁(yè)面的自動(dòng)轉換與控制系統組態(tài)的自動(dòng)轉化；
(8)更大量更完整的歷史數據庫：達12個(gè)月的歷史數據，秒級的訪(fǎng)問(wèn)速度；
(9)更強的數據分析手段，可以對任意歷史狀態(tài)進(jìn)行返回跟蹤或記錄重演，對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(hù)共享內存、多進(jìn)程獨立調度的運行模式，完成對多種功能的多種時(shí)間片的獨立實(shí)時(shí)控制與調度；
(11)更多的運行模式：支持在線(xiàn)同步仿真、離線(xiàn)仿真和在線(xiàn)猜測仿真等運行模式，并且可以存在多種模式同時(shí)運行的情況；
(12)更便捷的應用：實(shí)時(shí)在線(xiàn)發(fā)現或猜測現場(chǎng)的異常情況，并分析導致異常工況或事故工況的可能原因；
2　系統組成
伊敏的在線(xiàn)仿真系統可運行于在線(xiàn)、快速及離線(xiàn)三種模式，跟蹤、猜測與模擬機組的操縱及指示。它由以下部分組成：
(1)主計算機系統：由兩臺雙機熱備系統和一個(gè)磁盤(pán)陣列組成。運行仿真模型與"科英"平臺，建立歷史數據庫，是應用與數據庫服務(wù)器。
(2)仿真操縱站：采用6臺HP工作站。運行與現場(chǎng)完全一致的模擬操縱員站，可以同時(shí)模擬多達四模式：離線(xiàn)模式、重演模式、返回追蹤模式、在線(xiàn)模式。
(3)仿真就地站：采用1臺HP工作站。模擬與現場(chǎng)完全一致的就地設備與管網(wǎng)，并可模擬操縱。
(4)仿真信息站：采用2臺HP工作站。在線(xiàn)信息站是在線(xiàn)仿真系統的人機界面，它是所有在線(xiàn)信息的集成體現。信息站總圖顯示了全廠(chǎng)的流程及主要參數顯示�？稍诙嗯_工作站上啟動(dòng)信息站，并且互不影響。其包括以下12項功能：
l趨勢：對所有的標簽量進(jìn)行實(shí)時(shí)/歷史數據的趨勢顯示。每幅畫(huà)面可同時(shí)顯示6條曲線(xiàn)，可進(jìn)行縮小、放大、平移顯示；
l報表：包括了所有經(jīng)濟指標的報表及日志報表，小指標競賽，及生產(chǎn)日報等。
l參數一覽：對計算的特征參數按照圖形化方式顯示；
l故障診斷：對已發(fā)生的故障顯示其故障原因，如有必要還可以顯示推理結果。
l預警：對未來(lái)發(fā)生的異常事件進(jìn)行猜測。
l控制研究：提供了對在線(xiàn)系統的參數修改能力，并計算其等效二階系統的品質(zhì)參數。
l數據校驗：對采集的DCS數據進(jìn)行校驗，并將不公道項顯示給運行職員。
l系統監視：對主要系統進(jìn)行流程數值及狀態(tài)顯示，采用VODDT繪制。
l安全分析：分析其電廠(chǎng)熱、電、水的平衡關(guān)系，顯示機組啟動(dòng)情況、PQ圖，并可做X-Y曲線(xiàn)分析。
l在線(xiàn)試驗：提供了漏氫、真空、調門(mén)試驗記錄及分析結果；
l系統設置：設置與維護信息站的相關(guān)內容
l幫助：提供操縱指導，并在線(xiàn)提供提示功能。
對于任意功能頁(yè)面，都可以進(jìn)行預覽及打印。
(5)仿真控制站
可在主機或任意工作站上實(shí)現。其控制在線(xiàn)仿真系統的運行模式，在離線(xiàn)模式可插進(jìn)故障，培訓運行職員；對在線(xiàn)模式，則可完成其初始化等功能；對快速模式，可設置猜測的周期與速率等項目。
3　功能描述
在線(xiàn)仿真系統是將仿真技術(shù)直接運用于電廠(chǎng)安全生產(chǎn)與經(jīng)濟運行，其全物理數學(xué)模型包括鍋爐、汽輪機主系統及輔助系統、電氣系統、機組改造后的DCS控制系統。所有的系統模型均模塊化，采用了TOP-DOWN結構，便于修改及維護。對于控制系統模型，則直接轉化完成，電氣部分、流網(wǎng)部分則采用面向對象的工具直接天生模型軟件。目前在伊敏發(fā)電廠(chǎng)已經(jīng)投運的OLS中的全部功能，為生產(chǎn)提供了很大幫助。
3.1　數據采集、初始化與在線(xiàn)運行
在線(xiàn)仿真系統可以將現場(chǎng)DCS數據實(shí)時(shí)接進(jìn)數字化電廠(chǎng)共享數據庫中，實(shí)現數據采集功能，目前數據采集和接收周期在1.5秒左右，而目前現場(chǎng)DCS的數據刷新為2秒左右，所以基本達到實(shí)時(shí)要求。
在線(xiàn)仿真系統通過(guò)對當前機組的數據采集以及對仿真模型內部參數的計算，建立與實(shí)際機組當前控制方式下相同的工況，即完成對在線(xiàn)仿真系統運行狀態(tài)初始化的功能。初始化工況要求電廠(chǎng)機組處于穩定運行的條件下進(jìn)行，以保證在線(xiàn)仿真系統實(shí)時(shí)無(wú)擾地投進(jìn)與實(shí)際機組相連運行。初始化后的仿真系統可以與當前機組工況下繼續運行，輔以自學(xué)習修正，達到與真實(shí)機組在線(xiàn)同步運行的目的。
在初始化完成后，在線(xiàn)仿真系統將自動(dòng)運行，在同步模式下仿真模型同步接受運行職員給予DCS系統的操縱信號，與現場(chǎng)機組同步運行，可在線(xiàn)跟蹤機組的起、停、負荷變化等過(guò)程。測試結果表明要害參數與現場(chǎng)的丈量數值差異小于2，是值得信賴(lài)的。同時(shí)，二次計算的數據同步更新于實(shí)時(shí)共享數據庫。
在線(xiàn)仿真系統的正確運行是基于DCS傳遞過(guò)來(lái)的數據，尤其是經(jīng)濟性能計算功能、初始化功能、在線(xiàn)運行功能對現場(chǎng)數據的依靠性都非常大。而現場(chǎng)丈量數據由于丈量裝置或變送器原因，部分模擬量數據存在較大誤差甚至完全錯誤。為此，在線(xiàn)仿真系統在使用之前，必須做一次數據校驗，以甄別其真偽，并予以修正。OLS提供了該項功能：校驗從DCS采集的所有模擬量，當發(fā)現數占有誤時(shí)，將在信息站上給出其原標簽號及其中文含意以及當前值，同時(shí)推薦一個(gè)替換值。
3.2　故障診斷、異常猜測功能
故障診斷功能是對機組已發(fā)生的故障進(jìn)行診斷，及時(shí)、快速的報告故障的發(fā)生，判別故障原因，演示故障的發(fā)生過(guò)程。此功能的主要依據來(lái)源于現場(chǎng)數據。
故障診斷功能是以故障樹(shù)方式來(lái)實(shí)現的。在具體故障樹(shù)邏輯運算中，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(shù)的邏輯分析。
故障診斷的結果終極要通過(guò)在線(xiàn)仿真信息站提供給運行職員。當在線(xiàn)系統診斷到現場(chǎng)有故障發(fā)生時(shí)，通過(guò)在線(xiàn)仿真信息站主界面上的"故障診斷"主功能塊紅色閃動(dòng)，提醒運行職員予以關(guān)注，使得不管仿真信息站在何狀態(tài)或運行職員在做何操縱，都能醒目地出現故障警示，讓運行職員在第一時(shí)間知道這些信息。當進(jìn)進(jìn)故障診斷的主界面時(shí)，可以看到最新出現的故障發(fā)生時(shí)間、故障現象（也就是頂事件）、故障原因（底事件）及相應的操縱建議。同時(shí)在故障推理過(guò)程中還可一目了然得看到故障樹(shù)的邏輯走向，并在相關(guān)參數趨勢中看到和此故障有關(guān)的參數在故障發(fā)生前后十分鐘的趨勢，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(xiàn)仿真系統的在線(xiàn)猜測仿真模式工作在超時(shí)運行方式下，接受現場(chǎng)的同步操縱，循環(huán)猜測機組運行參數在未來(lái)的發(fā)生變化趨勢，并對可能的報警現象給出警示。
由在線(xiàn)仿真控制站啟動(dòng)在線(xiàn)猜測仿真模式，并設置所猜測時(shí)間的長(cháng)度和預計算的循環(huán)周期，設置模型從凍結轉為運行狀態(tài)，即可觀(guān)察在線(xiàn)猜測仿真可能出現的異�；蚬收系念A警情況。
在信息站上的"猜測"主界面中，可以看到最新的猜測信息，包括猜測信息發(fā)出確當前時(shí)間、異�，F象將要發(fā)生的時(shí)間及其標簽名。在界面底部還可同時(shí)觀(guān)察到超時(shí)運行的開(kāi)始時(shí)間及結束時(shí)間。
通過(guò)近半年的應用，成功地識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，同時(shí)為處理事故贏(yíng)得了時(shí)間。
3.3　機組運行過(guò)程的追蹤，重演功能
在線(xiàn)數據重演實(shí)現生產(chǎn)現場(chǎng)已經(jīng)發(fā)生過(guò)的數據工況在一比一的在線(xiàn)仿真操縱員站上的重演，有利于現場(chǎng)職員方便對現場(chǎng)已發(fā)生的異常工況進(jìn)行順序檢查和總結，是在線(xiàn)仿真的主要功能。
通過(guò)在控制站上啟動(dòng)重演模塊，實(shí)現重演功能。重演的數據來(lái)源為利用"科英"平臺先進(jìn)的數據存儲和壓縮技術(shù)實(shí)現的對現場(chǎng)數據進(jìn)行大規模、長(cháng)時(shí)間的記錄。通過(guò)高效、便捷的查詢(xún)技術(shù)實(shí)現數據的重演。
OLS在線(xiàn)數據重演目前已經(jīng)在現場(chǎng)已經(jīng)得到具體的應用，多次用于現場(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(xiàn)經(jīng)濟性能計算
性能計算分為熱力系統計算和指標計算兩大部分。熱力系統計算的目的在于確定熱力系統各部分的參數及流量，機組的功率和熱經(jīng)濟性指標（汽耗率、熱耗率和煤耗等），是熱力系統經(jīng)濟性診斷理論的基礎。在熱力計算的基礎上，進(jìn)行經(jīng)濟性能指標的計算，經(jīng)濟性能指標的包括汽耗、熱耗、汽機效率、廠(chǎng)用電率、發(fā)電煤耗、供電煤耗等重要指標。經(jīng)濟性能結果可以通過(guò)報表體現，報表在逐日零點(diǎn)、每月第一日零點(diǎn)自動(dòng)天生，另外提供自定義報表選項，可根據需要設置報表要求，方便了使用。
在伊敏應用中，已經(jīng)開(kāi)始逐步替換過(guò)往的手工抄表計算，減少了人為誤差，同時(shí)為小指標競賽的公平性提供了保障。
3.5　在線(xiàn)試驗功能
在線(xiàn)試驗功能的目的在于減少現場(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]到現場(chǎng)試驗時(shí)有很多繁忙的預備工作，所以在試驗后輸進(jìn)當次的實(shí)驗開(kāi)始時(shí)間，并按測試按鈕，即可通過(guò)信息站記錄的歷史數據得到試驗結果。
以漏氫試驗為例：其中試驗持續時(shí)間根據一般性系統缺省設置為24小時(shí)，用戶(hù)也可自行設置。當按下測試按鈕后，信息站可自動(dòng)顯示發(fā)電機氫壓及出口氫溫兩點(diǎn)的趨勢，并計算出試驗結果，判定是否合格。
例如，試驗計算兩個(gè)指標：
指標名稱(chēng)單位試驗結果合格限值
俄制漏氫率立方米／24小時(shí)1023.5
國標漏氫率％2.41５
4　結論
通過(guò)在線(xiàn)仿真系統在伊敏發(fā)電廠(chǎng)開(kāi)發(fā)應用一年來(lái)，給電廠(chǎng)在事故分析、重演、試驗提供了重要的可信賴(lài)的工具，同時(shí)在技術(shù)數據統計、分析方面也提供很大的幫助，非凡是在可靠性、正確性方面。其與現場(chǎng)一致的仿真系統，對運行職員的培訓以及面向熱工職員的試驗都提供了一個(gè)很好的平臺。
在線(xiàn)仿真系統在伊敏電廠(chǎng)的成功實(shí)施，是開(kāi)發(fā)商與電廠(chǎng)雙方努力付出的結晶。它為電廠(chǎng)的利用仿真技術(shù)來(lái)促進(jìn)生產(chǎn)邁出了堅實(shí)的一步，也為后續的應用奠定了良好的基礎。同時(shí)，它也代表著(zhù)仿真技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方向。