基于火电机组性能计算的软件建模与仿真.pdf

自动化与仪器仪表} 2 0 1 4 年9 期 总第 1 7 9 期 基于火电机组性能计 算的软件建模与仿真 宋豫军 甘肃交通职业技术学院 甘肃兰州，7 3 0 0 7 0 摘 要 以电厂热力系统为目标对象， 对其特点进行相关分析。以电厂基本设备为最小组成单位， 将热力系统划分成若 干模块， 然后基于此为不同单元构建了相应的仿真模块。融合组态技术以及面向目标的设计理念， 设计了能够对火电机组热 力性能进行数据处理的计算软件， 该软件主要包括以下模块 一、 原始数据输入模块； 二、 仿真计算模块； 三、 结果输出模块； 四、 数据管理模块等。设置图形组态环境， 同时构建热力设备所对应的仿真模型， 能够让软件获得包括可视化和可组态化在 内的 两大基本功能， 如此一来， 赋予软件 良好的通用性， 使其可以满足多个机组、 多种状态下的相关计算。 关键词 火电机组； 计算软件； 建模； 仿真 D OI 编码 1 0 ． 1 4 0 1 6 ／ j ．c n k i ． 1 0 0 1 9 2 2 7 ．2 0 1 4 ． 0 9 ． 1 5 9 A b l I h 曩 c t T h e p l a n t s y s t e m a s t h e t a r g e t o b j e c t ． c o r r e l a t i o n a n a l y s i s o f i t s c h a r a c t e r i s t i c s ． T o p l a n t the s ma l l e s t b u i l d i n g b l o c k s o f b a s i c e q u i p me r i t ， the r ma l s y s t e m wi l l b e d i v i d e d i n t o s e v e r a l mo d u l e s ， a n d t h e n b u i l d o n t h i s s i mu l a t i o n mo d u l e c o r r e s p o n d i n g t o a d i f f e r e n t u n i t ． F u s i o n t e c h n o l o g y a n d o b j e c t - o r i e n t e d c o n fi g u r a t i o n d e s i g n ， d e s i g n o f t h e rm a l p o we r u n i t s c a p a b l e o f t h e r ma l p e r for - m a n c e c o mp u t i n g f o r d a t a p r o c e s s i n g s o t b w a r e ， wh i c h i n c l u d e s the f o l l o wi n g m o d u l e s a r a w d a t a i n p u t mo d u l e ； S e c o n d ， t h e s i mu l a t i o n mo d u l e ； T h i r d ， t h e r e s u l t i n g o u t p ut mo d u l e ； fou r , the d a t a ma n a g e me n t mo d u l e ． S e t g r a p h i c a l c o n fi g u r mi o n e n v i r o n me n t ， wh i l e b u i l d i n g t h e r ma l e q u i p 。me ut c o rre s p o n d i n g t o the s i mu l i o n mo d e l ， a l l o wi n g t h e s o ft w a r e c a n b e o b t a i n e d ， i n c l u d i n g v i s u a l i z a t i o n a n d c o n fig u r i o n o f the i n n e r t wo b a s i c f u n c t i o n s t h i s wa y , the s o f t wa r e g i v e s g o o d v e r s i l i t y t o me e t mu l t i p l e u n i t s ， mu l t i p l e s t a t e r e l a t e d c a l c u l a t i o n s ． K Q I d l l T h e rm a l p o we r ； Co mp u t i n g s o f t wa r e ； Mo d e l i n g ； S i mu l a t i o n 中图分类号 T P 3 3 文献标 识码 B 文章编号 1 0 0 1 9 2 2 7 2 0 1 4 0 9 0 1 5 9 0 3 0 引 言 对火电机组性能进行计算和分析时，传统计算软件具有较 大局限性，如仅能承担某特定机组的计算，且对操作人员的专 业素质有着严格要求n ，所以，难以大范围推广和应用 。所 以，在火电机组性能计算领域，赋予软件通用性便成了业 内人 士普遍关注的焦点。 本文借鉴前人研究经验和成果，基于模块化理念为热力设 备构建了对应的模块化模型，接下来借助面向目标的设计理念 为该软件系统制定了全面且细致的架构方案 ，最后以具体工程 为例对该软件所具有的实用性进行了实例验证。 1 热力 系统 的模块化设计 在计算机仿真之前 ，应重视并做好系统模块 的模块化工 作。构建系统模型，并予以模块化处理是计算机仿真的前提工 作 ，也是关键工作 。在系统建模环节，通常先以复杂系统为 目标对象 ，将其划分成若干模块，然后为每一个模块建立对应 的数学模型以及仿真模型，最后将所有模块予以组态处理，使 之成为一个完整的系统。 以热力系统为研究对象进行模块化建模时，所遵循的基本 原理是 ，对复杂热力系统进行有机划分 ，得到若干子系统，再 收稿 日期 2 0 1 4 0 7 1 5 作 者 简介 宋豫军 1 9 7 2 一 ，男，汉族 ，河南郏县人 ，兰 州交通 大学工程硕士，副教授，主研究方向为计算机软件与应用技术、计算 机 网络 与互联 网技 术。 对这些子系统予以更进一步地细分 ，得到最基本的热力设备模 块 ，利用上述模块所对应的不同组态便能够构建出不同的热力 系统。 1 ． 1 热力 系统模块的划分 基于模块化的设计理念，参考各子系统所对应的功能，将 热力系统分解为三大子系统 1 汽轮机本体系统 ； 2 抽气 回热系统； 3 辅助汽水系统。上述子系统均包含了对应的热 力设备。热力系统设备模块划分图详见图1 。 以热力系统为研究对象进行模块化划分 ，能够将若干热力 设备模块经由组态方式形成差异化的热力系统。 囹媚 I 罐 l 一 堕 查 墨 1 匦 更 圃 堕 圄 图l 热力系统设备模块划分图 1 ． 2 热力设备数 学模 型的建 立 热力系统仿真模型均可归结为数学模型的范畴，同时热力 学系统所对应的数学模型全部都是由若干个相关子系统所对应 的数学模型组成的。所以，对某个具体热力系统进行研究时， 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 基于火电机组性能计算的软件建模与仿真宋豫军 首先要做的是，确定其子系统所对应的数学模型。对于热力计 算而言，其关键之处在于对回热系统进行准确计算 。有鉴于 此，本文将选取加热器所对应的数学模型进行重点分析。 加热器所对应的物理模型详见图2 。 图2 加热器通用物理模 型 图2 中q 指的是 i 级加热器能够利用的外部热量；指的是 i 级加热器所对应的抽汽系数；指的是i 级加热器所对应的疏水 系数；指的是i 级加热器所对应的辅助汽水系数；指的是 i 、i 1 级加热器所对应的给水系数；K D指的是疏水进口所对应的通 断系数；K P指的是疏水出口所对应的通断系数 ；K q 指的是疏 水有无被其他加热器使用系数；K n 指的是疏水是否排出热力 系统系数。 以上述物理模型为基础，构建相应的数学模型如下 l f A Il A ll O 1 fX t 1 f c l 1 { 0 A A I I c 2 I 【 A3 l A女 A∞ J l 3 J I C j j 加热器的数学模型可采用计算机软件进行开发和表示 ，参 考加热器的实际个数来赋予矩阵方程所对应的维数 ，结合加热 器的具体类型来选择矩阵的结构 ，遵循矩阵方程所要求的填写 规则来确定矩阵中各个元素的具体数值 ，最后对矩阵方程进行 计算，便能够获得全部的抽汽系数。 1 ． 3 热力设备仿真模块的建立 待热力设备模块所对应的数学模型得以确定之后，基于面 向目标的基本理论 ，为热力设备构建相应的仿真模块库。对于 每个仿真模块而言，其结构设计均包括输入参数、输出参数以 及结构系数这三大组成部分。前两者指的是设备的过程参数 ， 而通过结构系数可完成对热力设备类型的合理设置。加热器仿 真模块详见图3 。 图3 加热器仿真模块图 输入参数 1 为抽汽压力 ；2 为抽汽温度；3 为加热器；4 为加热器进汽温度；5 为加热器进水压力 ；6为加热器进水温 度；7 为加热器出水压力；8 为加热器出水温度；9 为加热器出 水量。 输出参数1 为加热器抽汽量；2 为加热器焓；3 为加热器 出水焓 ；4 为加热器疏水量。 结构系数通断系数 K 。 以及K P 。 2 软件系统架构设计及模块功能说明 1 6 0 2 ． 1 系统 架构 若想对一个相对复杂系统进行准确的仿真计算，不仅要为 各个模块构建对应的仿真模型，同时还需要对软件结构予以全 面且细致的设计，如此才能更加出色的完成既定的仿真目标。 基于面向目标的设计理念，对本软件进行系统架构，详见图4 。 图4 软件系统架构设计图 2 ． 2 软件 的模块功 能说 明 2 ． 2 ． 1 原 始 数 据 输 入 模 块 该模块的功能主要包括三个方面； 1 系统组态； 2 参 数输入； 3 数据预处理 。操作人员选择需要的热力系统模 块予以组态处理形成 目标热力系统，对涉及的相关数据进行计 算，并从现有数据文件读取。值得一提的是，数据文件所收录 的数据均需要接受预处理，以剔除那些不符标准的数据，从而 保证性能计算的正常进行。 2 ． 2 ． 2 仿真计算模块 对于本软件而言，仿真计算模块属于核心部分，负责热力 仿真计算的整个过程。其核心数学模型采用矩阵方程这种方 式，所以，借助MA T L A B以完成该部分的开发，编译成具有动 态特点的链接库文件 ，为后续调用提供方便。 2 ． 2 ． 3 结 果 输 出模 块 对于结果输出模块而言，其主要功能在于输出仿真结果。 由仿真计算模块提供的计算结果，很容易利用系统图形界面显 示将相关性能参数。与此同时，系统提供E x c e l 对接功能 ，可 将通过E x c e l 存储计算结果 。待计算结束之后 ，可按照相关要 求将所有计算数据以统一的形式上传并保存在服务器中。在数 据管理模块的帮助下 ，可对数据进行分类管理以及显示。 2 ． 2 ． 4 数据管理模 块 该模块被用来存储原始数据以及计算结果，不仅如此，还 提供强大的修改功能。作为程序的关键组成部分，该模块主要 负责和数据相关的一系列操作，并向其他应用程序提供相应的 访问接口，与此同时，将 目标数据库以及相关请求封装起来， 从而使相关应用程序能够基于自身需要完成对目标数据库中数 据的读取以及利用。 3 仿 真实例 以某电厂型号为 N 1 0 0 8 ． 8 3 ／ 5 3 5 型机组为例 ，该机组为单 轴、双缸、双排汽冲动凝汽式汽轮机，回热级数由三大部分组 成 ，分别是高压加热器 共计 2 个 、低压加热器 共计 4 个 、除氧器 共计 1 个 ，排汽压力额定值为一 8 4 ． 1 k P a ，热耗 功率额定值为9 2 5 4 ．0 8 k J ／ k W h 。将机组置于不同工况，能够 下转第 1 6 3页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 自动化与仪器仪表} 2 0 1 4 年9 期 总第 1 7 9 期 5 中控常见问题与解决措施 在整个多媒体系统里，中央控制器是核心装置，其构成大 致包含三块 ，即主控机、控制面板与相应连接线。在实际使用 当中，中控系统最常见的问题就是其系统电源无法正常工作或 者中控面板按钮失效。针对这两种情形 ，第一步需查看有没有 打开中控电源，第二步查看中控面板与主机间的线路有没有正 确连接，第三步查看中控电源输入正不正确，有没有保险管损 坏的情况出现。 6 结束语 由于多媒体教学设施极易老化，所以需极其注重 13常保养 与维护 ，比方常常清除仪器 内的灰尘 ，借此增加其使用年限。 由于信息化教学的大力推广与普及，使得多媒体教学方式所借 助的新型仪器与软件越来越多，所以，为了保证教学工作平稳 开展，从事多媒体教学设施管理的工作者应努力研究相关知识 与技巧 ，驾驭各类仪器的操作程序，了解各类产品的相应特 点 ，尽力提升自己发现与解决设备问题的技能。另外 ，为了使 老师游刃有余地借助多媒体设施予以教学 ，提升教学水平 ，还 可定期开设一些相关 的多媒体教学系统训练类课程 。 参考文献 [ i 】 陆海 钢． 多媒体 教育 管理常见 问题及 对策探讨 [ J 】 ． 科 技咨询 导报 ， 2 0 0 7 2 7 ． [ 2 ]艾淑杰． 高校多媒体设备的维护及故障排除[ J ] _ 中国现代教育装备 ， 2 0 0 8 0 3 ． [ 3 】杨 斌． 多媒体教育设备常见故障及解决办法[ J 】 ． 中国教育技术装 备 ， 2 0 0 4 1 0 ． [ 4 ]党保生． 高职院校多媒体教育的使用和常见故障处理[ J ] ． 中国现代 教育装备， 2 0 1 0 2 1 ． 上接 第1 6 0页 获得对应的热力性能测试数据，通过前文介绍的软件设计方法可 以构建一个具有通用性质的计算模型，基于此对该机组各类工况 所对应的热力性能指标进行计算 ，得到的组态结果详见图5 。 该机组不同工况下所对应的测试数据详见表 1 部分 ，工 况包 括 1 T H A设计值 ； 2 1 0 0 MW； 3 8 0 MW； 4 7 0 MW 。 该机组不同工况下所对应的热经济性指标详见表2 ，工况 包 括 1 T H A设 计 值 ； 2 1 0 0 MW； 3 8 0 MW； 4 70MW 图 5 系统组态图 表 1 机组不 同工况下的部分测试数据 表 2 性能计算结果 由计算结果可知，高压缸效率较为理想，和设计保证值十 分接近，而低压缸效率不够理想，明显低于设计保证值 额定 负荷状态下低6 ． 7 6 ％左右 ，这一点和该机组的日常运行状况 是较为吻合的。 4 结束语 运用模块化建模这一方法，以热力系统为 目标对象 ，对其 进行全面且细致分类 ，并构建相应的仿真模块库，如此一来， 为后续的热力系统组态研究提供了良好的前提条件；运用面向 目标的设计理念，以软件的系统结构以及功能为目标对象，对 其进行全面且细致的说明，如此一来 ，为系统的最终实现奠定 了很好的基础；运用本程序 ，以某电厂各种工况为 目标对象 ， 对各自对应的经济I生指标进行准确计算 ，如此一来 ，为发电机 组的最优化运行提供了有力保障。 参考文献 [ 1 ]宋 健． 火电机组热力性能计算软件设计【 D ] ． 重庆大学， 2 0 1 1 ． 【 2 】 罗 坤 ， 方源， 方彦 军． 基于美 国 AB B公司 DC S的火 电机组在线 性能 计算研究与实现[ J ] ． 热力发电， 2 0 1 1 , 0 5 3 9 4 1 4 9 ． 【 3 】范 奇， 王文庆， 刘超飞， 王智微， 赖菲， 徐威， 廖梅， 陈军民， 陈连刚， 周华 松． 火电机组在线性能计算与性能试验对比分析[ J 】 ． 热力发电， 2 0 1 3 ， 0 8 8 6 8 9 ． 【 4 】马 洁． 火电机组在线热力性能分析与计算程序实现[ D 】 ． 浙江大学， 2 01 3 ． 【 5 】 田苗． 机组性能计算模块化建模及实用化问题分析[ D ] ． 华北电力大 学 北京 ． 2 0 1 0 ． [ 6 ]朱春梅． 基于不确定性分析的火电机组经济性能指标计算方法研究 [ D] ．华北 电力大学 河北 ， 2 0 1 0 ． 1 6 3 学兔兔 w w 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