仿真技术在数字化电厂中的应用.kdh

一、仿真技术的内涵

目前，熟悉控制装置，决定控制系统结构，静态参数的匹配计算及调节器参数整定等工作，都必须在现场反复摸索和试验，需要花大量时间和精力，并且由于受现场条件限制，控制方案和控制参数往往不太理想。仿真技术是指如果能开发一个控制仿真系统，则上述工作都可在实验室完成，一方面可大大节省时间和精力，预先确定控制方案和参数，大大减少现场调试次数；另一方面，由于ＤＣＳ在电厂的普及，今后数字化电厂的工作重点将转移到节能增效上来，这就要求必须对目前数字化电厂控制系统进行优化，优化不是简单地对现有控制系统的调节器参数进行调整，而主要是研究采用新型控制结构和新型控制算法的控制系统，成功应用新型控制系统的关键之一是在实际投运前对其进行详细的仿真试验，以便使调试人员掌握新型控制系统的运行特征及控制器参数的工程整定规则。

二、电厂仿真技术的研究动态

电厂仿真技术的应用始于６０年代，但受到当时计算机水平的限制，仅是用模拟计算机对电厂某个局部的动态特性进行仿真。７０年代以后，随着大容量、高参数机组的投运以及新技术在火电机组中的应用，电厂日趋复杂，人们对机组的安全性和经济性也越来越重视。加之１９７９年美国二里岛核电站事故的发生，大大促进了人们对电厂仿真系统的需求，推动了电厂仿真技术的迅速发展。

（一）电厂仿真技术在硬件方面的应用

在硬件方面，８０年代初，电厂仿真机所用的计算机主机以超级小型机为主〔美国Ｇｏｕｌｄ公司的ＳＥＬ３２系列及以后的ＥＮＣＯＲＧＥ公司的Ｃｏｎｃｅｐｔ３２系列，ＤＥＣ公司ＶＡＸ系列，Ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｔ计算机公司的３２００系列等）。９０年代初，随着计算机技术的迅猛发展，采用ＵＮＩＸ操作系统的工作站、服务器的性能己达到甚至超过以前的小型机水平，而成为电厂仿真机主机的主流机型（ＳＧＩ公司的ＩＮＤＩＧＯ工作站、ＣＨＡＬＬＥＮＧＥ服务器，ＤＥＣ公司的Ａｌｐｈａ系列、ＳＵＮ工作站等）。如今，高档微机（Ｐｅｎｔｉｕｍ４系列）的一些性能指标已经超过了过去工作站的水平，它将在仿真机主机机型中广泛应用。

（二）电厂仿真技术在软件方面的应用

软件方面，统一标准的、开放的操作系统为仿真软件的维护、升级、移植提供了方便。各著名的仿真机生产厂家都研究开发了仿真机开发、调试、运行的支撑系统软件，以提高仿真机开发效率，保证仿真机的质量。其功能主要有：数据库、模块库管理，实时任务管理、Ｉ／Ｏ通信，模块在线修改、调试，变量在线监视、参数监视、设置，教练员台功能（包括；仿真机运行工况控制、参数监视、故障设置、学员评分等），建模环境等。其中比较著名的支撑软件有：美国原ＳｉｎｇｅｒＬｉｎｋ公司的Ｓ３，ＡＢＢ公司的ＣＥＴＲＡＮ，ＧＰ公司的ＲＥＡＤＳ，ＥＰＲＩ的ＭＭＳ，ＥＳＳＣＯＲ公司的ＡＳＣＥＮＤ，ＧＳＥ公司的ＳｉｍＳｕｉｔｅＰｏｗｅｒ，ＴＲＡＸ公司的ＰｒｏＴＲＡＸ，加拿大ＣＡＥ公司的ＲＯＳＥ，芬兰ＦＯＲＴＵＭ公司的ＡＰＲＯＳ等。过去的仿真模型软件一般都基于ＦＯＲＴＲＡＮ语言，现在随着面向对象的程序设计方法以及对应的Ｃ，Ｃ＋十等语言的应用，程序中类、对象、继承、成员、结构、封装等机制的引入为进一步改进模块的结构及其管理，以及模块间的信息传递提供了很大的方便。现在的一些支撑软件系统（如ＡＳＣＥＮＤ，ＡＰＲＯＳ，ＭＭＳ等）都己增加了支持基于Ｃ＋＋或Ｃ语言的功能。

（三）电厂仿真技术在我国的应用

几年来，我国的电厂仿真机事业有了迅猛的发展。国内第一套火电厂仿真装置由清华大学于２０世纪７０年代研制并用于对２００ＭＷ机组运行人员培训的原理型仿真机。１９８８年东南大学与原华东电管局合作开发了我国第一台１２５ＭＷ全范围仿真机。从引进国外产品，到我们自行研制开发的第一台２００ＭＷ、３００ＭＷ和５００ＭＷ全仿真装置的投入使用，仿真机的整体性能已达到甚至超过了国外同类型的产品。

华北电力大学ＳＴＡＲ－９０仿真技术，具有功能强大的支持系统和高精度全物理过程模块化模型，为用户进行各种电厂系统的分析、研究提供了优良的环境。该仿真机系统为用户选用了高档超级小型机系统，用户拥有近５０％的ＣＰＵ时间与内外资源冗余，可以在仿真培训或仿真研究的同时，在后台进行各种语言环境下的计算机应用研究。该仿真机系统支持在线模块化建模、修改、调试、扩充全物理过程模块化数学模型。精确模拟电厂的全工况静态、动态行为，具有灵活、丰富、方便的指导员后台功能。

珠海某仿真技术研究所开发的基于Ｔｒａｎｓｐｕｔｅ：并行计算机的火电厂仿真技术，已成功用于某电厂３００ＭＷ燃煤机组的仿真机上，该支撑软件系统建立在高性能并行计算机Ｔｒａｎｓｐｕｔｅｒ硬件及其软件环境基础上，吸取国外先进支撑软件，如ＲＯＳＥ，ＧＥＰＵＲＳ，ＭＭＳ等软件结构，能方便地移植于任何操作系统之下。

根据目前国内已开发出基于Ｗｉｎｄｏｗｓ的微机化仿真支撑的情况，新华控制工程公司张卫伟和清华大学热能工程系程芳真等人提出了一种适用于ＤＣＳ控制的火电机组仿真装置在这种分散式火电仿真装置中，不再有中心计算机，各个计算机及各个专业仿真软件（锅炉、汽机、电气）可以狄立运行，也可以联合运行。

随着计算机和网络通讯技术的发展，将为仿真技术提供新的发展机遇和应用前景。可以预见，米来仿真技术将于高速发展的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ为平台，基于Ｗｅｂ的分布交互仿真将是新一代电厂仿真技术发展的主要方向。

三、仿真技术在电厂气力输送系统中的设计方案

仿真技术在电厂气力出灰系统设计方案：

（１）计算机系统配置；

（２）盘台设备及仪表要求；

（３）仿真机支撑软件ＳＴＡＲ一９０的构成；

（４）Ｉ／Ｏ接口板数量及性能；

（５）仿真机模型软件设计；

（６）索拉机监控系统配置及功能。

仿真技术在电厂气力输送系统中的设计在纵向可分为三个层次：管理层、数据库层和功能层。管理层主要是对仿真系统在各种功能组态、编译及仿真运行过程中所形成的数据库进行统一管理。数据库层即有效存放和合理安排仿真系统所有的相关数据，通过模型组态数据库，可将仿真系统中所有功能模块有机地联系起来，形成统一的整体。功能层主要包括完成气力输送系统仿真的几个相关软件模块，这是仿真支撑系统的核心部分。

四、仿真技术在电厂气力出灰系统设计实例

（一）仿真系统设计

在电厂里气力出灰仿真系统是一个辅助系统，在燃煤电站主要用来替代传统的水力冲灰。水力冲灰的主要缺点是冲灰水的二次污染和灰浆难以综合利用。以空气为输送介质和动力的气力出灰仿真系统（干除灰）与水力出灰仿真相比，能保持粉煤灰在输送过程中呈干燥状态，可保持灰的活性不变、有利于粉煤灰的综合利用，而且没有或有很少冲灰废水产生，因而近年来几乎所有新建燃煤电厂都设置有气力出灰仿真系统。浓相正压出灰仿真系统由于具有用气量少、灰气比高、投资省等优点，成为目前应用最为普遍的气力出灰仿真方式。

气力出灰仿真系统的主要任务是以仓式泵为发送器，以压缩空气作动力，沿出灰仿真管道将电除尘器搜集的飞灰干法（下转第２６页）

仿真技术在数字化电厂中的应用

夏小平

（三峡大学电气信息学院湖北宜昌４４３０００）

摘要：数字化电厂生产过程中，生产的安全性极为重要。人为的疏忽或误操作都可能引起电力中断并造成严重后果。随着电厂规模的扩大，单元机组正朝着大容量、高参数和高自动化方向发展。为了保证机组安全发电，对单元机组运行人员现有专业知识、操作技能和排除故障应变能力的要求越来越高，这就更要求仿真技术在数字化电厂中的应用更成熟。本文从仿真技术的内涵着手，研究了电厂仿真技术的研究动态，设计了仿真技术在电厂气力输送系统中的方案，运用于仿真技术在电厂气力出灰系统设计实例。

关键词：仿真技术；数字化电厂；气力输送系统

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（上接第２７页）送至干灰库。然后把灰库里的干灰用车装运，或者搅拌成湿灰用船运走。整个过程以密封管道的形式输送。系统设有专用空气压缩机作为干灰输送动力并兼作控制气源，在系统末端设有储存

粗灰、细灰的干灰库。其中电除尘器中一电场的灰是粗灰，三、

四电场的灰是细灰。正常情况下，三、四电场的飞灰只能送进细灰库，一、二电场的粗灰只送进粗灰库。当细灰库出现故障时，细灰可以送到粗灰库里；当粗灰库出现故障时，若二电场的灰能满足粒度要求时，也可将二电场的灰通过气力输送泵经管道用正压气力输送至细灰库。但是粗灰不允许送到细灰库。

（二）气力出灰仿真系统的结构化和面向对象的编程方法

在气力出灰仿真的控制系统中，有很多的输入输出点，控制结构和功能比较复杂。

而在一般的线性程序中，整个用户程序存放在一个指令连续的块中，程序以线性的或顺序的方式执行每条指令，这种传统编程模式设计出的程序既不容易阅读，也不容易验证其正确性。设计复杂的气力出灰仿真系统必须采用结构化程序设计方法。结构化程序设计方法侧重于软件设计的模块结构和层次化特点。强调在设计程序前，要在总体上对软件的组成与模块结构进行分析和设计，程序在设计时进行自顶而下的逐步细化。

在气力出灰仿真控制系统中，各个仓泵具有几乎相同的功能，这里采用面向对象的编程方法，对仓泵出灰仿真的逻辑进行分析后，建立一个通用的仓泵出灰仿真功能块。这个功能块封装了仓泵的内部属性，并具有明显的外部特征，可以独立的运用到系统中，提高了软件模块的重用性。在使用的时候，可以将仓泵出灰仿真功能块看作一个“黑箱模型”，从而使程序阅读和调试带来方便。

为了支持程序结构化设计，步（ＳＴＥＰ）将用户程序分类归并为不同

的块，根据程序要求，可以选用组织块、

功能块等几种类型的逻辑块，而数据块则用来存储执行用户程序所需要的数据。各块的功能介绍如下：

１．功能块编程以及调用

一个程序由很多部分组成，将这些部分称为逻辑块，并允许块间互相调用。块的调用指令中止当前块的运行，然后执行被调用块的所有指令。一旦被调用的块完成，执行调用指令的块继续执行调用指令

后的指令。调用块可以是任何逻辑块，被调用块只能是功能块。

功能块由两部分组成：变量声明表和由逻辑指令组成的程序。

当调用功能块时，需提供块执行时要用到的数据或变量，也就是要将外部数据传递给功能块，这被称为参数传递。参数传递的方式使得功能块具有通用性，它可以被其他块调用，以完成多个类似的任务。

功能块实际上是用户子程序，功能块有一个数据结构和功能块的参数完全相同的数据块，随功能块的打开而打开，随功能块的关闭而关闭。在功能块结束后，背景数据块的数据仍旧保持。

２．数据块

用户程序所需要的大量数据或变量在数据块中，数据块也是实现个逻辑块之间数据交换、传递、共享的重要途径。只有变量声明部分，没有程序段。

３．组织块

组织块是操作系统和用户程序的接口。它们由操作系统调用并控制循环和中断程序的执行以及可编程控制器如何启动。气力出灰仿真控制系统提供了很多的组织块，这些组织块允许用户创建在特定的时间执行的程序。用组织块也可以创建对特定事件响应的程序，如错误检测。

五、结束语

随着我国电网中主力机组容量的不断增大，对电站设备的设计、运行、制造和管理等部门有关人员提出了更高的要求，因而在实际工作中对数字化电厂仿真系统的期望值和依赖性更高。与此同时，随着计算机设备性能价格比的降低，单套数字化电厂仿真系统的价格也在逐渐下降，更多的电厂倾向于选用一套适合本厂设备情况的仿真系统，这就给火电机组仿真系统带来了广阔的发展前景。参考文献

［１］浅谈火电厂仿真机培训的效果与方法．吴建国．宁夏电力－２００５年１期．

［２］电厂电气系统图形建模仿真．柏强、

刘君．继电器－２００６年２期．［３］新型仿真系统在电厂中的应用．郑立新、

杨云珍．电气传动自动化－２００４年２期．

［４］电厂电气系统通用仿真软件的开发．杨树涛、

向文国．湖北电力－２００４年３期．科

个人还是对于人类，都是无法估量的。人们容易对科学权威盲目崇拜，对科学成果的承认和评价演变为对人的承认，不利于对科学成果的公正评价，致使一些有新意的学术成果难以脱颖而出。

其次，科学权威可能会退化为科学社会中的统治集团。科学家在成为权威之后，会更多地承担科学研究之外的义务，它们并不像刚进入研究领域的新科学家那样总是把时间放在申请的项目上或者做研

究上，而更多的是一种权威的统治。

在这种情况下，科学权威对社会资源尤其是稀缺资源有着一种控制的能力，这是由其作为科学社会的权威与社会的某一政治集团的角色交叉决定的。直接的后果就是科学群体内在研究成果承认上的“贫”“

富”差距而形成一种等级体制，使得大多数成员在心理上难以平衡从而造成内部矛盾，不利于科学的健康发展。

第三，科学权威还影响科学共同体对科学理论的正常取舍。科学界在对科学理论的选择过程中，固然有一定的客观标准，但在某些情况下，科学权威的作用也不可忽视，特别是几种理论各有所长，难分高下之时，权威的作用就表现得更明显。权威的观点倾向何方，该种理论就会占据优势，这样有可能造成对理论选择的不客观甚至错误。如１７世纪关于“光的本质”问题的波动说与粒子说之争，两种学说虽然各有千秋，但在以后的一百多年中，由牛顿支持的微粒说占了明显的优势。部分原因是“牛顿的崇高威望深深地影响着人们”。

为光的波动学说作出了成功理论解释的托马斯?扬曾身有感触地说：“

尽管我仰慕牛顿的大名，但我并不因此非得认为他是百无一失的！我……遗憾地看到，他也

会弄错，而他的权威也许有时阻碍了科学的发展。”

［５］

最后，科学权威的消极作用还表现为对科学人才的压制。一些科学权威出于种种原因对科学新人不仅不扶持，而且还打击压制，这是科学权威消极作用的重要表现。１８３６年，２９岁的罗朗提出了有机物的一元学说，把有机物视为具有结构的一个整体。这一学说一问世，就遭到了化学界的激烈反对和攻击，因为这一学说与当时流行的贝采里乌斯二元说相抵触，遭到了化学界的一致批判，连他的老师杜马也不例外。然而，当后来罗朗的假说得到越来越多的实验包括自己的实验证实以后，杜马的态度开始发生转变，不过，他的转变明显表现为争夺科

学发现的优先权，他把罗朗提出的一元说改为“类型理论”，并大造舆

论说是他创立的，罗朗不过是助手而已。杜马这种不光彩的做法使罗

朗倍受打击，罗朗有一句颇为精妙的嘲讽：“

如果这理论被证明是错误的，我就成了它的创立者；如果这个理论被证明是正确的，我的老师就成了它的创立者。”１９３８年，杜马再次运用个人的声望和权威，无情地把罗朗排挤到边远地区的学校教书。虽然１９４６年罗朗返回了巴黎，但因为杜马的影响罗朗已经无法找到满意的科学研究职位，只能当化验员。一个伟大的化学家逐渐远离了化学前沿，罗朗活到４７岁便早逝了。

为充分发挥科学权威对科学发展的促进作用，消除科学权威的负面影响，科学权威应提高自己的道德修养，树立正确的名利观，提高鉴别成果的能力，正确对待荣誉。要尊重他人的劳动成果，虚怀若谷；要有伯乐精神，积极扶植和支持年轻人才，推荐和提拔卓有贡献的青年科学家，对他们的成果作出及时的鉴定、宣传和推广，以促进科学事业的不断繁荣。应正确对待学术争论，要允许不同意见的存在，决不能以压制人才、打击异己的手段来维持自己在科学界已经取得的地位。

此外，建立一个客观而公正的科学评价体制也十分重要。

客观、公正的科学评价体系是减少甚至避免科学史上的憾事的重要保证，有助于发现科学新成果和科学人才。对于有争议的科学成果，应该组织更大范围的讨论，尽可能进一步明确其内含的科学成份，暂时无法作出判断的，也不能一棍子打死。在进行科学评价时，应要求那些参与评价新

成就的权威们，要冷静、

客观、全面地看待每一项科学发现或发明，要善意地对待科学新成果发展过程中难免的缺点和弱点。参考文献

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［２］科尔兄弟（乔纳森?科尔，斯蒂芬?科尔）．科学界的社会分层［Ｍ］．北京：华夏出版社，１９８９．

［３］刘珺珺．科学社会学［Ｍ］．上海：上海人民出版社，１９９０．

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●科

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