第34卷第7期中國電力Vol.34. No.72001年7月ELECTRIC POWERJul，2001整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)( IGCC )電廠仿真系統(tǒng)的初步設(shè)想The General Design of IGCC Power Plant Simulating System陳強(qiáng)唐多元蔡瑞忠段秋生(清華大學(xué)熱能工程系北京100084 )摘要:通過整體功能、硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)3大部分對IGCC電廠仿真系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行探討,說明ICCC電廠仿真機(jī)的硬件組成、模塊劃分原則、支撐軟件特點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)通信的方法。關(guān)鍵詞:整體煤氣化聯(lián)合循環(huán);仿真機(jī);電廠Abstract: This paper, Through the discussions on the design of IGCC power plant simulator in terms of generalfunction , hardware system and software system , describes the composition of hardware system , the division ofmodules, the character of software flat and the communication of systems.Key words: IGCC ; simulator ; power plant中圖分類號: TM611.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A .文章編號: 1004-9649( 2001 )07-0047-03IGCC電廠具有解決污染徹底發(fā)電效率高耗控制系統(tǒng)設(shè)計的驗(yàn)證、分析和優(yōu)化。水量小等諸多優(yōu)點(diǎn)是最有前途的發(fā)電方式之- -。我1.1 培訓(xùn)國是以煤為主要能源的國家IGCC電廠作為一種高培訓(xùn)內(nèi)容除包括-般燃煤電廠都有的鍋爐、汽效的潔凈煤發(fā)電技術(shù)受到了廣泛關(guān)注。我國已決定輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的啟動、停機(jī)、負(fù)荷變化、設(shè)備故障等，在煙臺建立1座IGCC示范電廠,-方面為電廠安全還必須按IGCC電廠的實(shí)際操作包括以下內(nèi)容:( 1 )高效運(yùn)行積累經(jīng)驗(yàn);另一方面也能進(jìn)行系統(tǒng)分析優(yōu)空氣分離器的啟動、停機(jī);(2水蒸汽系統(tǒng)的操作;化性能。與傳統(tǒng)燃煤電廠相比IGCC電廠的熱力系.(3 )粗煤氣系統(tǒng)的操作;(4 )氣化爐的啟動、增壓;統(tǒng)和運(yùn)行操作更為復(fù)雜，而且國內(nèi)也缺乏IGCC電(5 )蒸汽的耦合聯(lián)結(jié);(6 )天然氣和煤氣之間的相互廠的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),為使示范電廠能更安全、高效地運(yùn)切換。培訓(xùn)過程中仿真機(jī)能實(shí)現(xiàn)對學(xué)員操作的跟蹤行，更好地達(dá)到其示范電廠的目的研制IGCC全范和記錄，從而再現(xiàn)學(xué)員的操作步驟，并通過支持?jǐn)?shù)據(jù)圍仿真機(jī)培訓(xùn)系統(tǒng)是非常必要的。本文提出建造庫實(shí)現(xiàn)自動評分。IGCC仿真機(jī)的若干構(gòu)想。.2系統(tǒng)設(shè)計、 分析與優(yōu)化由于IGCC仿真機(jī)可較真實(shí)地反映電廠運(yùn)行情1整體功能況，任何實(shí)際電廠的設(shè)備都可在仿真機(jī)上做成相應(yīng)的模塊與之對應(yīng),因此可在仿真機(jī)上對新系統(tǒng)進(jìn)行針對我國運(yùn)行人員缺乏IGCC電廠的實(shí)際運(yùn)行設(shè)計和模擬分析。一些新的方案缺乏實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)JGCC電廠仿真機(jī)的主要功能之一 就是提供運(yùn)和經(jīng)驗(yàn)在實(shí)際應(yīng)用中的效果即使專家也很難預(yù)料,行培訓(xùn)。通過在IGCC仿真機(jī)上的操作運(yùn)行人員對先在仿真機(jī)上進(jìn)行模擬運(yùn)行可很好地幫助設(shè)計方IGCC電廠的啟動、停機(jī)及事故處理等有了感性認(rèn)案還可根據(jù)仿真效果隨時修改設(shè)計方案。如果用實(shí)識并能熟練掌握這樣在實(shí)際電廠操作時可大大減際設(shè)備代價大周期長改動麻煩，有些根本就不可少事故發(fā)生的幾率。此外，因?yàn)镮GCC電廠仿真機(jī)是能。仿真機(jī)上儲存有設(shè)計、分析資源庫可方便系統(tǒng)根據(jù)物理定律建立的仿真模型,能較真實(shí)地反映電設(shè)計驗(yàn)證設(shè)計方案,自動整定系統(tǒng)參數(shù),為現(xiàn)場調(diào)廠的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)所以還可用于對電廠熱力系統(tǒng)、試參數(shù)的設(shè)定提供參考。收稿日期: 2000-12-12;修回日期: 2001-04-19 .中國煤化工作者簡介:陳強(qiáng)(1975-)男 重慶人碩士研究生從事電廠仿真機(jī)的研究。YHCNMHG472001年第7期中國電力第34卷.數(shù)學(xué)模型實(shí)現(xiàn)的。因此軟件是IGCC電廠仿真機(jī)2硬件系統(tǒng)的核心。除對象的模型外,如何才能更快、更好地將這些模型組織在一起，實(shí)現(xiàn)真實(shí)電廠的功能,IGCC電廠仿真機(jī)的硬件系統(tǒng)除了必須提供與還要看操作系統(tǒng)及支撐軟件是否能達(dá)到期望水真實(shí)電廠相同的操作設(shè)備、操作界面外更重要的是提供性能優(yōu)良的計算機(jī)系統(tǒng)。此外控制整個仿真系3.1平臺統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的指導(dǎo)員臺系統(tǒng)和模擬不在控制室中的國內(nèi)仿真機(jī)一般采用UNIX和WindowsNT操作設(shè)備操作的就地操作站也是必要的設(shè)備。系統(tǒng),UNIX操作系統(tǒng)一般用于計算機(jī)工作站上,由2.1 主計算機(jī)系統(tǒng)于UNIX操作系統(tǒng)的高穩(wěn)定性、高效率、多任務(wù)的特主計算機(jī)系統(tǒng)是仿真機(jī)的核心設(shè)備,它用來存性很適合做仿真機(jī)的平臺。WindowsNT具有非常強(qiáng)放氣化爐、余熱鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等主設(shè)備及其的圖形處理能力、網(wǎng)絡(luò)通信能力,有眾多的軟件支系統(tǒng)的仿真模型及控制程序,它的性能將決定整個持,良好的開放性,易于升級等特點(diǎn)，且微機(jī)的性能仿真機(jī)的仿真效果。已相當(dāng)高,價格低廉。究竟選用哪種平臺可根據(jù)對系.2主控制盤臺系統(tǒng)與I/O接口系統(tǒng).統(tǒng)功能的要求及經(jīng)濟(jì)條件決定。主控制盤臺系統(tǒng)要求操作過真實(shí)電廠的操作人3.2功能模塊員能不需要教練員的指導(dǎo)而自如操作仿真機(jī)即仿真與傳統(tǒng)燃煤電廠相比,IGCC電廠涉及設(shè)備多機(jī)的操作界面在物理設(shè)備和功能.上非常逼真地模擬且復(fù)雜,如圖1所示可把整個系統(tǒng)按其功能分為7了真實(shí)電廠。I/O 接口系統(tǒng)用來連接主計算機(jī)系統(tǒng)和部分:FA1 氣化部分;FA2 粗煤氣清洗;FA3空氣控制盤臺。IGCC仿真機(jī)可采用智能分布式輸入輸出分離器;FA4 聯(lián)合循環(huán);FA5 煤粉供給;FA6 清潔接口系統(tǒng)IDIS Intelligent Distribute Interface System )煤氣調(diào)節(jié);FA7 電器設(shè)備。其中FA4、FA5、FA7的2.3 指導(dǎo)員臺許多模塊可借鑒傳統(tǒng)燃煤電廠的仿真模塊FA1、IGCC的指導(dǎo)員臺主要實(shí)現(xiàn)以下功能(1 )模型.FA2、FA3、FA6是傳統(tǒng)燃煤電廠沒有的模塊,需另.調(diào)度模型加載、定時運(yùn)行、單步運(yùn)行、停止運(yùn)行和模設(shè)計。型卸載。(2數(shù)據(jù)管理運(yùn)行工況的選擇和保存。(3)進(jìn)程管理進(jìn)程的凍結(jié)、解凍、再現(xiàn)、追憶、強(qiáng)制返回AI等。(4)速度控制控制仿真速度,可選擇實(shí)時、超實(shí)時和欠實(shí)時。(5事故制造實(shí)時設(shè)定事故和延時設(shè)熱「定事故6FAT2.4就地操作站就地操作是利用圖形模擬的虛擬操作對象模擬耀'l 發(fā)汽器現(xiàn)場實(shí)際就地操作對象。就地操作主要包括電源開A5清話關(guān)、閥門和相關(guān)儀表等。系統(tǒng)還提供以下功能( 1 )隨MUEA時添加新的就地操作畫面。(2隨時在線添加操作或數(shù)據(jù)顯示單元。(3)對操作或數(shù)據(jù)顯示單元的在線編處臣水氧輯,包括刪除、移動、修改屬性等?！笷A2收動2.5輔助顯示臺由于ICCC仿真機(jī)的數(shù)據(jù)量非常大,而實(shí)際操作盤臺上顯示的數(shù)據(jù)量很有限,所以要使用輔助顯“廠O+(?示臺隨時準(zhǔn)確、直觀地顯示系統(tǒng)工況。( 1 )多樣化的瓜騮空氣數(shù)據(jù)顯示方式:如數(shù)據(jù)表格、動態(tài)曲線、系統(tǒng)圖形、直A3方圖、數(shù)據(jù)瀏覽等。(2)畫面組態(tài):包括建立新的顯示畫面對畫面顯示單元進(jìn)行添加、刪除、屬性修改等。(3 )在線報警:設(shè)定上下限在任意顯示方式下給出圖1IGCC仿真系統(tǒng)的功能模塊數(shù)據(jù)的超限狀態(tài)。3.3支撐軟件3軟件系統(tǒng)由于IGCC仿真系統(tǒng)復(fù)雜,所以需要功能強(qiáng)大的一體化集成環(huán)中國煤化工提出了如IGCC電廠中的所有設(shè)備都是通過建立相應(yīng)的下設(shè)計目標(biāo)(1)YHCNMHG實(shí)現(xiàn)整個48第34卷整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)電廠仿真系統(tǒng)的初步設(shè)想2001年第7期電廠系統(tǒng)從建模、組態(tài)、調(diào)試、分析到運(yùn)行的整個仿( 4 )Windows Sockets應(yīng)用程序接口( WinSock API》真過程,即它是一個功能齊全,能應(yīng)用于整個仿真第1種可認(rèn)為是Windows的標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)編程模式但生命期的軟件系統(tǒng)。支撐系統(tǒng)還包括指導(dǎo)員臺、就其編程方法較復(fù)雜;第2種是不同程序間進(jìn)行動態(tài).地操作、輔助顯示、虛擬盤臺功能。把所有功能集成數(shù)據(jù)交換的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)方式其特點(diǎn)是編程容易但速在一起將大大加快開發(fā)過程,協(xié)調(diào)各部分工作,便度太慢尤其在數(shù)據(jù)量比較大的時候;第3種與第2于隨時調(diào)試。(2)圖形化自動建?，F(xiàn)在國內(nèi)還沒有種一樣,也是實(shí)現(xiàn)較容易但速度太慢，對于IGCC仿很好的圖形化建模軟件,圖形化自動建模使建模更真機(jī)這種需要交換大量數(shù)據(jù)的系統(tǒng)是不適合的;最為清楚、直觀減少了出錯機(jī)會大大縮短了模型開后1種,也被稱為套接字編程,它原先是在UNIX下發(fā)周期。(3)-體化的仿真環(huán)境:它是一個高度集成廣泛流行的一種網(wǎng)絡(luò)編程方法,1991 年TCP/IP協(xié)的軟件環(huán)境,即將實(shí)現(xiàn)各種功能的軟件工具有機(jī)地議開始出現(xiàn)在Windows系統(tǒng)中,后來一些廠家聯(lián)合結(jié)合在一起,而不僅僅是簡單的集合。( 4高度的開開發(fā)了WinSock使Windows環(huán)境下TCP/IP的實(shí)現(xiàn)放性:支撐軟件的模型庫是開放式的,在開發(fā)過程標(biāo)準(zhǔn)化。由于WinSock由UNIX系統(tǒng)發(fā)展而來技術(shù)中可對其修改、刪除和增加,以后用戶在使用過程成熟,編程方便速度快,所以IGCC仿真機(jī)系統(tǒng)采中還可不斷地對其擴(kuò)充。由于IGCC系統(tǒng)復(fù)雜不少用它進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信。模型還處在驗(yàn)證階段模型庫良好的開放性是非常網(wǎng)絡(luò)通信采用客戶/服務(wù)器方式,計算程序在必要的。(5 )友好的用戶界面:便于使用人員操作,服務(wù)器上運(yùn)行,它與以服務(wù)器方式運(yùn)行的在線調(diào)加快開發(fā)進(jìn)度。(6 )自動檢測錯誤:任何人在使用過試程序和網(wǎng)絡(luò)通信程序通過數(shù)據(jù)交換動態(tài)連接庫程中都難免出錯，該支撐軟件能自動檢測錯誤盡共享內(nèi)存。在客戶機(jī)上以客戶方式運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)通量把錯誤在上游工序解決。(7適于組建大型仿真信程序通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與服務(wù)器.上的網(wǎng)絡(luò)通信程序系統(tǒng):為滿足復(fù)雜系統(tǒng)的仿真需要,支撐軟件能用建立網(wǎng)絡(luò)連接后,建立數(shù)據(jù)內(nèi)存映像然后通過數(shù)微機(jī)方便地組成大型仿真系統(tǒng)并具有高度的可伸據(jù)交換動態(tài)連接庫與以客戶機(jī)方式運(yùn)行的在線調(diào)縮性。試程序共享此映像內(nèi)存?？蛻魴C(jī)上運(yùn)行的在線調(diào)3.4數(shù)據(jù)監(jiān)測與在線調(diào)試試程序與網(wǎng)絡(luò)通信程序相互配合,就可以象在本數(shù)據(jù)監(jiān)測與在線調(diào)試系統(tǒng)提供模型調(diào)試、結(jié)果機(jī)上一樣對計算程序進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示和在線跟蹤調(diào)分析和仿真運(yùn)行支撐等功能。它應(yīng)具備以下功能:試。(1)為方便模型調(diào)試,系統(tǒng)應(yīng)具備在線數(shù)據(jù)修改功能，可在模型運(yùn)行過程中隨時修改任-模型中的變4結(jié)論量。(2)為便于進(jìn)行模型調(diào)試和結(jié)果分析系統(tǒng)應(yīng)提供數(shù)據(jù)趨勢顯示方式,可以曲線方式同時連續(xù)對多在潔凈煤發(fā)電方面,IGCC電廠能較大幅度地提個數(shù)據(jù)進(jìn)行對比觀察。(3)應(yīng)具備完全的進(jìn)程管理高發(fā)電廠的熱效率,并使污染問題獲得非常滿意的功能。(4能提供就地操作畫面的在線組態(tài)功能。(5)解決。IGCC仿真機(jī)的研究對于建立和優(yōu)化IGCC電能提供數(shù)據(jù)表格、動態(tài)曲線、系統(tǒng)圖、直方圖等多種廠吸收國外先進(jìn)技術(shù)培訓(xùn)電廠操作人員都有很現(xiàn)顯示方式。(6 )應(yīng)具備網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行能力，以滿足實(shí)際仿實(shí)的意義。真系統(tǒng)的需要。數(shù)據(jù)監(jiān)測與在線調(diào)試系統(tǒng)通過動態(tài)連接庫與外參考文獻(xiàn):部數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)內(nèi)存共享，并采用以變量名對數(shù)據(jù)進(jìn)行辨識的方法不但可以多種方式顯示數(shù)據(jù),而且可方[ 1 ] Yoshiaki Sonoda , Nobuya Yoshimoto , Kouichi Morimura ,et al. De-便地對數(shù)據(jù)進(jìn)行在線修改,從而達(dá)到對數(shù)據(jù)所有者velopment of plant training simulator based on vitual reality[J ]進(jìn)行在線調(diào)試的目的。Technical Review - Mitsubishi Heary Industres , 2000 37( 1): 19-3.5 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信23由于ICCC電廠仿真系統(tǒng)非常復(fù)雜，需要在多[2] Colak 1 ,Yilmaz E N. Simlaion of the prall connection of letrical臺計算機(jī)上共同完成,而且對于有硬盤臺的仿真系power stations [J ] International Jourmal of Electrical Engineering Edu-統(tǒng)還需要通過網(wǎng)絡(luò)接口與之通信這就涉及到系統(tǒng)cation 19999 36(4 ):332-341.網(wǎng)絡(luò)通信。如果在UNIX環(huán)境下則可用Socket方法[3]荀小龍何祖威唐勝利等.全CRT電站培訓(xùn)仿真機(jī)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間通信,如果在Windows環(huán)境下進(jìn)行網(wǎng)實(shí)現(xiàn)[J]系統(tǒng)仿真學(xué)報,1999 11(6)481-484.絡(luò)編程則主要有這樣幾種基本方法( 1 )Windows網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序接口(WNetAPI)[2)Windows網(wǎng)絡(luò)動態(tài)中國煤化工數(shù)據(jù)交換( NetDDE )(3 )共享文件方式( Share File );MHCNMHG呂玲)49