基于仿真技术的火电仿真机升级实现.pdf

上 海 电力 2 0 0 8 年第 3 期 基于仿真技术的火 电仿真机升级实现 钱 虹 ， 张 斌 ， 叶建华 ， 方 丽 1 ． 上海 电力学 院， 上海2 0 0 0 9 0 ； 2 ． 华能上海 电力检修公司 ， 上海2 0 0 9 4 2 摘 要 电厂机组改造后 ， 存在原有仿真机 的部分模型 不能适应改 造机组特性 要求 的问题。文章结合 目前 火 电厂普遍存在 的集散控制系统升级 的要求 ， 对与之对应的火 电厂仿真机 的升级 ， 在 最大程度 保留原有模 型的 前提下 ， 提出了基于仿真技 术的升级方案 ， 保留 了原有的运行基本特性 ， 可对运行人员进行面向火电厂仿真机 升级系统的操作培训 。 关键词 仿真技术 ； 集散 控制系统 ； 仿真机升级 中图 分 类 号 TM7 4 3 文 献 标 识 码 B l 引 言 近十 多 年来 ， 火 电仿 真 机在 我 国得 到 了广 泛 应 用 ， 为 帮 助 培 训 运 行 人 员 全 面 掌 握 机 组 的 运 行 特 性 ， 提 高 机组 运 行 的安 全 性 和 可 靠 性 ， 发 挥 了重 要作 用 。通 常火 电 厂 所 选 用 的火 电仿 真 机 对 实 际 的火 电机 组 具 有 11的 逼 真 度 ， 从 仿 真 技 术 的角 度 ， 它 是 针 对 由机 、 电 、 炉 、 辅 机 及 控 制 系 统 、 监控 系 统 操 作 界 面 与 功 能 及 就 地 操 作 站 等各 部 分 所 组 成 的 实 际 系 统 ， 按 部 分 的 特 性 进 行 数 学 建 模 ， 通 过 编 程 、 调 试 、 修 改 和 校 验 的 仿 真技 术 ， 将 数 学 模 型 转 换 成 由程 序 实 现 的 仿 真 模型 。通过 各 部分 仿 真 模 型 的有 机结 合 及 运 行 ， 形 成 了 火 电 仿 真 机 。但 是 为 了 适 应 现 代 化 的要求 ， 目前 许 多 电厂 存 在 着 机 组 改造 的 问题 ， 改造 后 的机组 ， 其 特 性 会 发 生 改 变 ， 于 是 就 存 在 着原 有 的 仿 真机 的部 分 模 型 不 能 适 应 改 造 机 组 的特性要求 ， 如何 利用仿 真机 技术 对原模 型进 行针对性 的改造 ， 是本 文基 于仿真技 术要 解决 的 的问 题 。换 言 之 ， 应 用 仿 真 技 术 ， 对 改 造 过 的 实际设备 的部分 进行 模型 的修改 ， 以适应新 设 备特性的要求 ， 其余未经 改造 的设备 ， 可对原有 的模 型进 行 移 植 ， 生 成 改 造 后 的 实 际 系 统 具 有 11 逼 真度 的仿 真 机 。 目前 很 多 电厂 的改 造 是 自动化 系统 的改 造 ， 通 常是集 散控 制 系统 的升 级 改 造 ， 所 以本文 针 对 集 散 控制 系统 的 升级 改 造 ， 以外 高 桥 第 一 发 电厂 的集散 控制 系统 升级 为 例 ， 对 其 相 应 的仿 真 机 升 级 ， 提 出基 于仿 真模 型软件 技 术 ， 实 现火 电仿 真机 集 散控 制 系统升 级 的技术方 案 。 2 升级仿真机模型技术 鉴 于本 文仅讨 论 集 散 控 制 系 统 的改 造 ， 可认 为主设备没有发生改变， 所以设备 系统及运行 系 统 的仿真 机模 型 不必 改 变 ， 而需 要 改 变 的是 仿 真 机 的控 制 系统模 型 ， 具体需 要 升级 的 内容 是 1 控制 部 分升级 包 括变 送器 ， 执行 机构 的改 变 ， 控制 系统 方案 的升级 ， 真实 DC S的 D P U 等性 能 改进 。 2 监 控 系统升 级 包括 监控 显示 操作 界 面的升 级 。 针对 该 系统 升级 的 内容 ， 必 须 开 发 相 应 的 新 装一 组过 电压 保护 器 。 参考文献 [ 1 ] 吴光亚 ， 林秀钦 ， 蔡 炜． 架空线路 用复合绝缘 子工频 电弧特 性研究[ J ] ． 高 电压技术 ， 2 0 0 2 ， 2 8 1 1 9 - 1 0 ． [ 2 ]陈祝 年． 焊 接工 程 师手 册 [ M] ． 北 京 机 械 工业 出 版 社 ， 2 0 0 4 ． [ 3 ] 王茂 成、 1 0 k V 绝缘 导 线雷 击 断线 机理 分析 和 防 治措 施 [ J ] ．高电压技术 ， 2 0 0 7 ， 3 3 1 1 0 2 1 0 5 ． [ 4 ] 陈维明． 1 0 k V架空绝缘导线 防雷 击断线分析及预 防[ J ] 供 --- 3 08--- 用 电 ， 2 0 0 5 ， 2 2 5 4 8 5 0 ． [ 5 ] 电力行业标准 D L ／ T 6 2 o 一 1 9 9 7 ． 交流 电气装置的过 电压保 护 和绝缘配合． 北京 电力出版社[ M] ． 1 9 9 7 ． [ 6 1 林智敏 ， 万幸倍． 上海城市架空绝缘 配电线 路防雷的技术措 施[ J ] ． 高电压技术 ， 2 0 0 4 ， 3 0 9 7 3 7 4 ． 收稿 日期 2 0 0 8 0 2 - 0 5 作者简 介 凌鹏飞 1 9 8 4 一 ， 男， 上 海人 ， 本科 ， 从事 线路运 行 工 作 。 责任编辑 杜建军 维普资讯 2 0 0 8 年第3 期 上 海 电力 仿 真模 型 与之 对 应 。新 仿 真 模 型 开 发 流 程 ， 现 以 亚 仿仿 真机 开 发系统 为例 加 以说 明 。 亚仿仿 真 机 模 型 是 以 高 级仿 真 支 撑 软 件 AS C A 为开发 环 境 ， 图 1 是 AS C A 各 模 块 开 发 仿 真应 用程 序 的流程 图 。控 制 模 型的升 级模 型需 要 按升 级要 求 建 立 新 数 据 库 以 及 对 源 程 序 的编 缉 ， 再利 用仿 真 机 程 序 编 译 系 统 f c t ， 对 升 级 的源 程 序进行 编译 ， 再 用程 序链 接 系统 b i n d进 行 程序 的链 接 ， 由模 块关 联 工具 MAT Mo d u l e s As s o c i a t i o n To o l s 提供 用户 生成 仿 真 机 L o a d的工 具 ， 用 户可 以通过 建立 配置 文件 去建 立实 时控 制 程序 r s c e x e c ， 激 活所定 义 的 r t x或 s t x 。 图 1 AS CA 软 件 仿 真 开 发 流 程 图 经 过 以上对 各个 控 制 系统 模 型 的开 发 ， 可生 成 升 级 的 控 制 系 统 模 型 ， 如 图 2所 示 ， 其 中升 级 f c s a i r f c s a ux、f c s f w f c s de a 、f c s ms t e r f c s mc f c s mi l l 、 f c s p a 、 f c s t e分别 为 升 级 的 风量 控 制 系 统 、 辅 助 风控 制 系 统 、 给水 控 制 系 统 、 除 氧 气控 制 系 统 、 负 荷协调 控制 系统 、 燃 料控制 系统 、 磨 煤 机控制 系 统 、 一次风 炉膛 差压 控 制系统 、 蒸 汽温 度 控制 系统 的函数模 块 。通 过 函 数模 块 的升 级 ， 主模 块 由实 时 系统 直 接 调用 ， 它 可 以 调用 函数 模 块 ，最 后 达 到 整个控 制系统 模 型 的升级 目的 。 图 2升 级 的 控 制 系 统 模 型 结 构 选择 亚仿 的具 有监 控组 态功 能 的软 件 VoD DT Vi s u a l Ob j e c t o r i e n t e d Dy n a mi c Dr a wi n g T o o 1 ， 可对 监控 显示 和操作 画面按 照升 级 的集 散 控制系统界面要求进行组态 ， 生成升级 的监控操 作 画面 。该 软 件 是 在 中 文 w i n d o ws 9 5 ／ NT 环 境 下 ， 采用 自行 开发 研制 的 3 2位 面 向对象 的可 视化 动 态绘 图工具 软 件 ， 它 不仅 有完 善 的绘 图功能 ， 更 重要 的是 它具 有 图形 的 动 态 定 义 和显 示 功 能 ， 用 户 可以利 用 VO DD T 的 图 形 动 态 定 义 功 能 将 编 辑 的图形 与被 仿 真的动 态模 型或 监控 数据 库相 联 系 ， 成 为 一个仿 真 与监控 的重要 工具 。同时 ， 程 序 员还 可 以 利 用 VO DD T 提 供 的 丰 富 的 函 数 库 去 生成 应用 软 件 的 界 面 。它具 有 的功 能 有 静 态 图 形绘制功能、 图形属性修改功能、 图形修改功能 、 图形 动态 定义 功能 ， 如 图 3 所 示 。 因此 ， 可以用过该软件功能 ， 编辑生成或修改 原 来 图形 的方 法升 级 由静态 的图 形文 件和 动态 的 数据所 组合 而 成 的监控 操作 画面 。 图 3图 形 动 态 定 义 功 能 3建立升级 的仿真模 型数据库 控制 系统 升级 后 ， 原有 的机 、 电、 炉未 作改 变 ， 所 以可 保 留原 有 的机 、 电、 炉 模 型 ， 对原 模 型 的 移 植 ， 移 植 的关 键 是 数 据 库 中 数据 的对 应 关 系 的建 立 。 1 原模 型 中 ， 机 、 电 、 炉 的模 型 的数 据库 ， 与 新 升级 的控 制 系统模 型 的数据 库 中相应 数据 的对 应 关 系 ， 如 图 4 所 示 。 在 整个 仿真 系 统 中 ， 具 有 控 制 系统 模 型数 据 库 和 电站仿 真模 型数 据库 。控 制 系统模 型数据 库 为 实 际 控 制 系 统 组 态 的 数 据 库 ， 主 要 包 括 AI ， AO， D I ， DO 等 数据 类 型 ， 其 控 制 系统相 当于集 散 控制 系统 的过 程控 制单 元 ， 其构 成 、 组 态 由控 制 系 统工程设计人员完成； 仿真模型数据库 由建模人 员使 用仿 真 仿 真支 撑 系统 设 计 完 成 。因 此 ， 系统 开发 可 以由控 制系 统工 程师 和建 模工程 师分别 完 成 两 个数 据库 的设计 和调试 。这个 数据库 的链 接 需 要 进行 数据 对应 ， 由建模 工 程 师 和 控制 系 统 工 一 309 维普资讯 上 海 电力 2 0 0 8 年第3 期 控制系统升级 数据库点 数据库点 图 4 原模型数据对应 子程 序 监控系统升级 数据库点 数据库点 图 5 升级模 型数据对应子程序 程师分别提供模型和控制系统 的数据清单 ， 其中 数据的交换 。 亚仿控制系统数据库点的表示为 c s X X X X X X ， 其 中 ， 1 1 表示逻辑量 ， X X表示模拟量 ； C S表示 所 属控制 系统 变量 ； X X X X X X对于输 入信 号表 示本 页页码及信号在本页的物理位置。而原模型数据 库点的表示为 模 拟量输入 p c a i c c c c ； 模拟量输出 p c a o c c c c ； 逻辑量输人 p c d i c c c c ；逻辑 量输 出 p c d o c c c c 。最后使用所开发的数据对应子程序建立 关 联 ， 从 而实 现模 型侧 数 据 点 与 升级 的 控 制 系统 侧数据点的匹配。 2 带控 制 系统升 级 的 电站 仿 真模 型 的数 据 库 ， 与用于生成升级监控 系统 的 VOD DT的数据 库 中相应数 据 的对应 关 系 ， 如 图 5 所 示 。 实时数 据 库 是 整 个 系 统 的核 心 ， VOD DT 建 立实时数据库， 便于用户分步组态 ， 保证系统安全 可靠 运行 。在 生 成 用 户应 用 系统 时 ， 每 一 部分 均 可分别进行组态配置 ， 独立构建 ， 互不关联 ； 而在 系统运行过程中 ， 各个部分都通过实时数据库交 换数据， 形成互相关联 的整体。实时数据库是系 统各个部分及其各种功能性构件的公用数据区， 各个部件独立地向实时数据库输入和输出数据 ， 在使 用 VO DD T进 行升 级 监 控 系统 的过 程 中 ， 每 个新的动态定义 的数值， 必须与带升级的控制 系 统 的 电站 模 型 的数 据库 的点 对应 ， 如 图 6所示 。 以原有模型数据库为基础 ， 首先进行升级控 制系统数据库点的对应关系的建立 ， 再 以原模型 数 据库 和升 级 的控 制 数 据 库 为 基础 ， 建立 与 监 控 操作 画 面的数 据 库 点 的 对应 关 系 ， 这 样 建 立 了整 个 升 级 的仿 真模 型数 据库 。在升 级 的仿 真模 型 的 运行 过程 中 ， 可对 数 据 库 进 行数 据 的输 入输 出及 ～ 3 】 O一 图 6动 态 数 僵 定 义 功 能 4 结 论 本文运用模型软件技术 和数据库技术， 对原 有的外高桥一期火 电仿 真机作 了升级方 案 的设 计 ， 这是 仿真 技术 与计 算 机 集 散 控制 系统 技 术 发 展 到一定 阶段 而 出现 的仿 真机升 级模 式 。按 现场 升级要求升级后 的仿真机 ， 同样地 可以达到与实 际升 级 系统 11的逼真 度 ， 因此 可用 于对 升级后 的现场 运行 人员 进 行 火 电机 组 运 行 原理 、 操 作 原 则 、 事故处理等方面的培训 。 本 项 目受到下 面 项 目资助 上 海 市重 点 学科 建设 项 目资助 项 目编 号 P 1 3 0 1 ， 上 海 市科 研 计 划 项 目资助 课题 编 号 0 6 1 6 1 2 0 4 1 ， 上 海 市教 委 科研 项 目 项 目编 号 0 6 LZ 0 1 6 。 参 考文献 [ 1 ]丁颖 ， 等． 基于虚拟 D C S的火 电仿 真机 的设计与 开发 [ 刀． 电站系统工程 ， 2 0 0 7 年第 z 3卷． C 2 3 曾旭华． 3 0 0 MW 仿真机一机多模研 制口] ． 江 西电力 职业技 术 学 院 学报 ， 2 0 0 3 年 7月． 维普资讯 2 0 0 8 年第3 期 上 海 电力 城市地下变电站中火灾 自动报警系统的应用设计 王宇卫 上海电力设计院有 限公 司 ， 上海2 0 0 0 2 5 摘要 地下变 电站 的火灾 突发性 强 ， 而且蔓延迅 速 ， 不易扑救 。文章结合 上海新建 的地下 2 2 0 k V 济南变 电 站 ， 介绍 了地下变 电站 内的火 灾 自动报警系统及其联动 的特 点。对地 下变电站火灾 自动报警探测器类 型的选 择 、 与暖通和灭火设施 的联动 、 消防设备 的供 电 、 信号上传等方 面进行 了探讨 。 关键词 地下变 电站 ； 火灾 自动报警系统 ； 灭火 ； 联 动 中图分 类号 T M6 3 2 文献标识码 B 1 引 言 随着 中国经 济 的不 断快 速 发展 ， 一方 面 使 城 市 中心地区的用 电负荷猛增 ， 迫使变 电站需要深 入到城 市 中心人 口密 集 区 ， 另 一 方 面 城 市 中心 土 地 使用 资源 紧张 十分 突 出 ， 没 有 充 足 的土 地 来 供 变 电站 使用 。结 构 紧凑 、 土 地 利 用 充 分 的 地 下 变 电站成 为 了解 决 这 一 矛 盾 的好 方 法 。 目前 ， 在 北 京 、 上海 等特 大 型城市 的市 中心 ， 已经有 一批 地 下 变 电站 开始 建设 和投 入使 用 。 由于地 下 建 筑 火 灾 的特 点 和 变 电 站 的特 殊 性 ， 使地下变电站的火灾 自动报警系统面临了新 的问题 和 挑 战 。本 文 结 合 上 海 新 建 的地 下 2 2 0 k V济南变电站 ， 对地下 变电站火灾 自动报警 系 统 及其联 动 的应 用设计 作 一探讨 。 2 地 下变 电站火 灾的特点 地下 建筑 一 般 比较 密 闭 、 建筑 结 构 复 杂 且 通 风 、 照 明条件差 ， 因此地 下 建筑通 常 都具有 火 灾蔓 延快 、 烟雾 扩 散快 、 浓 烟积 聚不 散 、 灭 火 扑 救 困难 以及 人 员逃脱 难等 特点 。 变 电站 内的火 灾 多 数 由 电气 事 故 引 起 ， 火 灾 早期 不易 发现 ， 突发 性强 。而且一 旦 爆发 火灾 ， 蔓 延迅 速 ， 不 易扑 救 。 变 电站作 为 电 网 的重 要 设 施 ， 一 旦 发 生 变 电 站 火灾 断 电 ， 特 别是 大城 市 中心地 区的变 电站 ， 将 会 引起 巨 大 的经济 损失 和社 会影 响 。 变 电站一般 都 为 无 人 值 班 ， 一 旦 变 电 站 内 发 生 火灾 ， 人 员很 难 在 第 一 时 间发 现 并 及 时 采取 措 施 ， 完全 需 要依 赖站 内的相关 消 防设施 。 3火灾 自动报警 系统 3 ． 1 火灾 自动 报警 系统 的构 成 2 2 0 k V 济 南 变 电 站位 于上 海 市 中心卢 湾 区 黄 陂南 路 与徐家 汇 路交 界处 。整个 变 电站仅 一 幢 建 筑 ， 分 为 地下 三 层 和 地 上 一 层 。除 了主 变及 电 抗 器 的散 热 器位 于地 上 外 ， 其 他 高 压 电气设 备 全 部 都布 置在 地下 。 火 灾 自动报 警 系统 由火灾 自动报警 中央控制 器 、 各 类火 灾探 测 器 、 声 光 报警 设 备 、 消 防联 动设 备等 组成 。一旦 被 保 护 区域 内发 生 火灾 ， 位 于保 护 区 内的火 灾探 测 器 会 根据 火 灾 的物 理 特性 例 如温度 、 烟雾 、 气体 、 辐射光强等 做出响应并输 出 信号 给 中央控 制 器 ， 中 央控 制 器 触 发 声光 报 警 设 备报 警 ， 同 时联 动 相关 通 风 设 备 、 灭 火设 备 等 ， 并 将相关信号上传至上一级火灾 自动报警中心或者 集 中控制 中心 。 3 ． 2 火 灾 自动报 警探 测器 的选 择 由于地下变 电站 的重要性 ， 在 变电站 内所有 的 电气设备 房 内都 应 该装 设 各种 火灾 自动报警 探 测 E 3 ] 韩璞 ， 等． 火 电站仿 真机原 理及应 用[ M] ． 天津 科学技 术 出 版社 ， 1 9 9 8 ． E 4 ] 冷杉． 论 虚拟 分 散控 制 系统 技术 [ J ] ． 中 国电力 ． 2 0 0 3 ， 3 6 2 ． E 5 ] 高伟． 计算 机控制 系统[ M] ． 北京 中国电力 出版社 ， 2 0 0 5 ． 收 稿 日期 2 0 0 8 0 6 0 6 作者简介 钱虹 1 9 6 7 一 ， 工程硕士 ， 副教授 ， 主要 专业方 向 为 热 工 控 制 系 统 ， 电站 集 散 控 制 系 统 和 电 站 仿 真 机 技 术 ； 张斌 1 9 6 7 一 ， 高级 工程 师， 从 事发 电厂检 修和 管理 工 作 。 责 任 编 辑 吕斌 一 3】】一 维普资讯