電站熱工控制系統仿真

　　1、控制系統仿真組成
　　
　　電站培訓仿真機的主要仿真對象是大容量單元機組，包括過程仿真和控制系統仿真兩部分。電站自動控制系統仿真一般包括：機爐協調控制系統（CCS）、燃燒器管理系統（BMS）或爐膛安全監控系統（FSSS）、汽輪機數字電液調節系統（DEH）、給水泵微機電液控制系統（MEH）、汽輪機旁路控制系統（BPC）和輔機順序控制系統（SCS）。
　　
　　用于開發電站培訓仿真機的支撐軟件有加拿大CAE電子公司的ROSE系統、美國ABB公司的CET-RAN系統、華北電力大學仿真控制公司的STAR-90系統、亞洲仿真控制公司的ASCA系統，清華大學能源仿真公司的ISSE系統等。無論哪種仿真支撐軟件，其控制系統中一些控制算法和邏輯都較復雜，且變量數量大，但基本原理一致。控制系統數學模型的建立，主要是依據各系統調節系統圖和邏輯圖，根據其功能選擇相應的算法。寶雞第二發電公司300MW仿真機采用華北電力大學仿控公司研制的STAR-90仿真支撐軟件。
　　
　　2、STAR-90仿真支撐軟件特點及控制系統主要算法
　　
　　STAR-90仿真支撐系統有以下特點
　　
　　（1）采用工程建模；
　　
　　（2）提供在線交互式建模修改方法；
　　
　　（3）模型數據庫在建模中自動生成；
　　
　　（4）支持多模型運行環境；
　　
　　（5）各模塊可根據需要選取相應的計算步距；
　　
　　（6）全部支撐系統軟件（除算法子程序采用FORTRAN語言編寫）均由C語言編寫，可移植性強；
　　
　　（7）算法庫內容豐富，基本可覆蓋各種類型的火電站仿真需要，過程算法依物理機理建立，具有較高的仿真精度；
　　
　　（8）工程師臺／教練員臺界面采用X-Windows編程環境開發而成，具有多窗口功能，顯示畫面美觀，界面友好；
　　
　　（9）自動生成AUTOCAD風格的模塊組態圖。
　　
　　寶雞第二發電公司單機容量300MW機組采用美國西屋公司WDPF集散控制系統，針對本集散系統采用的主要控制算法見表1。其中部分為常規算法，部分為根據WDPF系統圖和邏輯圖編制的算法。
　　　　3控制系統建模組態
　　
　　在電廠集散控制系統中，所有熱工信號和參數可分為2大類，即開關量與模擬量。開關量的控制只是單純的邏輯控制，不參與直接調節，整個系統只有兩個狀態“1”、“0”。通過與、或、非、觸發器等邏輯算法，完夠實現程序控制與聯鎖保護系統的仿真。BMS及SCS都是純邏輯控制，圖1為FSSS系統A磨煤機防爆蒸汽門邏輯，圖2為用仿真語言實現的模型組態。可以看出，邏輯組態相對較容易，但整個控制系統邏
　　
　　輯組態變量較多，工作量大。不同的電站邏輯與保護系統不同，但用各種語言實現邏輯關系都非常容易。
　　
　　CCS、DEH、MEH、BPC既有調節功能，又有邏輯控制功能。無論控制系統結構形式、控制儀表怎樣變化，控制系統的子回路大多還是以傳統PID算法構成的單回路、串級、前饋等控制形式為主。調節控制回路的組態主要由調節器算法、操作器算法、設定值算法等組成。圖3是除氧器壓力控制系統調節示意，圖4為仿真模型組態。　　
　　整個控制系統仿真中，PID調節器參數的設置非常重要。單回路反饋控制系統的品質取決于系統的結構、各元件特性、擾動形式和振幅及系統穩定性等。仿真機熱工控制調節對象為仿真過程及設備模型，如汽包水位、主蒸汽溫度等，這些參數由過程及設備模型算法計算，該算法的特性、仿真程度、精度將直接影響調節系統的品質。在各設備、元件特性正常情況下，能否使系統保持*工作狀態主要取決于調節參數。在仿真機中，對PID參數的整定一般采用工程整定法（經驗試湊）。寶雞第二發電公司300MW機組仿真機控制系統仿真精度高，自動和保護投入率為100％。
　　
　　4控制系統仿真與實際集散控制系統實現的不同
　　
　　實際控制系統組態通過控制系統軟件以梯形圖、組態圖的形式實現，控制軟件包括相應的文本算法、調節算法、邏輯算法等，可實現控制系統所有調節和邏輯控制。控制組態為圖形方式，分析、組態、維護較為直觀方便。在實際系統中控制系統接受現場實際測量信號，如差壓、壓力、溫度等。為保證測量精度，在很多情況下需要由軟件完成信號的處理及補償，如汽包水位需要由壓力和溫度信號進行補償，蒸汽流量信號也需由差壓、壓力、溫度信號進行計算。在仿真系統中，熱力過程及設備經過許多理想化假設，由過程及設備算法計算出的熱工參數一般不需進行處理，必要時僅做信號標稱計算。同一調節回路的調節器參數，由于仿真機中調節對象的仿真和實際設備不可能*一致，PID參數的設置與現場也不一致。有時為實現現場控制系統的一些特殊功能，在仿真系統中需要增加一些相應的算法。
　　
　　5控制系統仿真應用
　　
　　電站熱工控制系統仿真，很好地實現了仿真機與現場1:1仿真，可全面系統地對機組運行人員進行運行操作技能的培訓，提高監控能力和運行技術水平。
　　
　　應用仿真機可以優化調節器參數，使各控制系統始終保持在*調節品質狀態。在控制系統修改后，仿真工程師可以在仿真機上做出控制系統資料變化后的動態響應，當發現不符合調節規律時，可立即查明工程資料中存在的問題，并及時進行修改。為改善調節品質，一些常規調節器可改為變參數調節器。
　　
　　采用STAR-90仿真軟件，控制系統功能完善，仿真精度較高。如果建模組態能以圖符方式實現，對用戶來說將更加直觀方便，也便于維護和分析。另外，建模的過程數據變量龐大，工作量較大，如能有效地和現場控制系統軟件結合起來，工作量將大大減小，也更利于運行操作培訓和大型機組集散控制系統仿真軟件的開發。