1000MW超超临界火电机组仿真平台应用

李青，李健，徐浩

（1.华北电力大学 工业过程测控新技术与系统北京市重点实验室，北京 102206；2.华北电力大学 控制与计算机工程学院，北京 102206；3.北京国电龙源环保工程有限公司，北京 100039）

0 引言

为了更好地开展教学、科研工作，工业过程测控新技术与系统北京市重点实验室于2011年9月建立了1000MW超超临界火电机组仿真平台，该平台可供24组学员同时操作。

目前，我国新建火力发电项目均以大容量、高参数的大型机组为主，其中1000MW超超临界锅炉已经逐渐成为火电机组的骨干力量。这些机组普遍具有燃烧效率高、发电煤耗低和污染物排放少的特点，但同时也对运行人员提出了更加严苛的要求[1]。如何让即将步入电力行业的学生对百万机组有更加直观的认识，如何使科研人员针对大容量机组的创新工作能够得到有效验证，如何使相关电力从业人员能够尽快地熟悉掌握百万机组的运行规律和技术成为了摆在电力教育工作者面前的新问题。目前社会上应用较为广泛的300MW和600MW级别火电仿真系统已经无法满足上述需要，而1000MW超超临界火电机组仿真平台的出现和应用大大缓解了电力教育过程中理论与实际脱节的现状。本文旨在立足于1000MW超超临界火电机组仿真平台，探讨在新形势下的电力实践教学问题。

图1 仿真平台结构图Fig.1 Simulation platform structure

图2 工程师台界面Fig.2 The engineer set interface

图3 DCS操作员站启动界面Fig.3 DCS operator station Launcher

图4 汽轮机相关子系统菜单Fig.4 Turbine subsystem menu

1 平台结构及功能

1000MW超超临界火电机组仿真平台可实现对实际发电机组的1:1全范围仿真，可进行机组启停机、故障处理、小指标优化等运行操作练习，也可将控制算法嵌入模型服务器通过观察仿真机组运行状况进行算法验证及改进等科研工作。该仿真机基于保定华仿科技股份有限公司STAR-90仿真技术，为一体化支撑平台，控制系统逻辑、模型、画面均由该支撑平台实现，具有强大的故障模拟，抽点回退等功能。仿真平台结构如图1所示。

仿真平台采用性能卓越的服务器作为主机，仿真模型位于主机中，具有可调性，用户可根据实际要求对模型进行修改，添加模型库，改变控制策略等。

工程师/教练员台采用可视化的Windows 2003 Server操作系统、图形建模环境及直观易用的操作台，具有良好的人机界面，可实现多种窗口显示、菜单显示、菜单驱动等功能，具有显示画面丰富，在线监测与调试、使用灵活方便等特点。工程师站可进行系统生成及组态，教练员站可实现仿真教学及培训功能，如图2所示。

操作员站则使用高性能微机，以Windows XP或win7操作系统为运行环境，采用Borland C＋＋ Builder为软件开发平台，实现与实际机组控制效果一致的仿真监控环境。图3所示为DCS操作员站启动界面，图4所示为汽轮机相关子系统菜单。

操作员站与主服务器通过局域网相连接，保证了仿真系统的实时性。

2 平台应用

2.1 平台在本科生实践教学环节中的应用

实验、实践教学在培养学生严谨的科学思维和创新能力、理论联系实际，特别是与科学技术发展相适应的综合能力，以适应科技发展与社会进步对人才的需求方面有着不可替代的作用[2]。针对四年级本科生开设的为期一周的“电厂仿真机实践环节”深受广大师生欢迎，正是因为它饯行了“厚基础，重实践，强能力”的实践教学理念，使理论与实践更好的结合在一起。

仿真机实践环节采用专业教师演示指导，学生自主练习的教学模式。教师以电厂操作规程为基础，结合学生实际情况，编写仿真机指导教材，用于指导学生上机使用。

在完成专业课学习的基础上，通过观看实际电厂照片及相关视频，使学生充分了解火电厂的生产流程、生产设备的原理及构造，由教师结合仿真机详细讲解1000MW超超临界火电机组的生产流程。学生在指导教师的讲解下，对整个仿真软件的系统流程及各操作界面有了相对清晰的认识后，开始进行上机操作。上机内容可分为启停机操作、故障处理及小指标优化操作练习三部分。

启停机操作：主要完成机组冷态启动，升负荷至额定工况运行，再降负荷至停机的所有操作。学生按人数分成若干组，每组人员按电厂实际岗位进行分工合作，独立完成冷态启动的所有操作，从设备送电，辅助系统投运，锅炉点火升温升压，汽轮机冲转并网带负荷，升负荷，锅炉湿态转干态，CCS投入，直至满负荷运行。完成启机操作后，机组为额定负荷，接下来进行停机演练，降负荷，发电机解列，降转速惰走直至主轴停止。指导教师在学生操作前先进行重点步骤快速演示，进而在学生实际操作中负责解决其所遇到的问题，并将问题引申与专业课程中所学内容相联系，巩固学生理论知识的学习[3]。该仿真系统所具有的保存读取状态及抽点回退功能（见图2），使得学生在操作错误导致失败时可退回到上一正常状态，不至于过多浪费时间进行重复操作。通过启停机的操作练习，学生已熟悉电厂的主要操作，能够基本掌握电厂的实际操作流程。

故障处理：由指导教师设置故障，学生通过观察参数或设备状态变化等现象找出故障问题并进行处理，如一次风机跳闸引起RB、给水泵跳闸引起RB、主汽温度异常等。通过故障处理，实际锻炼了学生理论联系实际的处理问题、解决问题的能力，同时加深了对课堂知识的理解。

小指标优化操作练习：1000MW超超临界机组相比其他机组的优势在于效率较高，而效率的提高除与机组本身的性能有关外，与运行人员的操作水平也息息相关，如通过各辅机的相互配合操作，可达到发电煤耗更低的目的。因此，有必要让学生在充分熟悉电厂的主要操作的前提下，练习如何优化运行，为将来快速适应工作岗位打下坚实的基础。

2.2 平台在科研中的应用

由于该平台为一体化支撑平台，控制系统逻辑、模型、画面均由该支撑平台实现，仿真模型位于主机中，所有控制策略及算法采用STAR-90算法编写，内嵌在模型库中，STAR-90算法库可对用户开放，用户可根据实际要求对模型进行修改，添加模型库，改变控制策略，因此可将该平台提供给研究生、教师或其他相关科研人员，让科研人员针对大容量机组的创新工作能够尽快得到验证和落实。

目前，实验室研究人员已利用该平台进行了大量科研工作，取得了良好效果，如：研究协调控制系统仿真评价，验证鲁棒控制，预测控制等算法；研究燃料BTU校正；研究再热汽温控制仿真评价等。

2.3 平台在电力从业人员教学中的应用

该平台除应用于学生教学及科研外，也可用于对电力从业人员的教学。针对不同的对象，教学侧重点有所不同，如针对电厂新入职运行人员，则教学时间较长，应严格按照运行规程进行反复操作练习，尤其要锻炼其故障处理及小指标优化运行能力；若针对企业设计人员，则应重点培训其对电厂各子系统工作流程的理解，而不强求其运行能力。将仿真平台用于电力从业人员的教学，充分发挥了平台功能，为电力行业培养了一大批专业技术人才。

3 结语

将1000MW超超临界火电机组仿真平台用于电力实践教学，使广大师生得到了理论与实际结合的机会，培养了学生的工程实践能力、提高了学生的综合素质，为科研人员进行研究工作提供了支持，也为电力行业培养了一大批专业技术人才。平台适应了不同类型、不同层次学习者的需求，取得了令人满意的效果。

[1]江哲生,董卫国,毛国光.国产1000MW超超临界机组技术综述[J].电力建设,2007,28(8):6-13.

[2]胡刚刚,杨志平,徐鸿,等.能源动力类实验教学示范中心[J].实验技术与管理,2010,27(7):112-114.

[3]胡刚刚,王美,杨志平,等.以仿真为特色的电厂实践教学平台建设与应用[J].中国电力教育,2009(137).