國(guó)電黃金埠發(fā)電有限公司實(shí)現(xiàn)數(shù)字化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)建設(shè)

項(xiàng)目背景

國(guó)電黃金埠發(fā)電有限公司 2×600MW 超臨界燃煤機(jī)組分散控制系統(tǒng)（DCS）采用艾默生過程控制有限公司提供的Ovation 控制系統(tǒng)。其功能 包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、模擬量控制系統(tǒng) (MCS)、爐膛安全監(jiān)控系 統(tǒng) (FSSS)、順序控制系統(tǒng)（SCS）、汽機(jī)控制系統(tǒng) DEH，電氣控制系統(tǒng)（ECS）等。控制和監(jiān)視范圍包括鍋爐、汽輪機(jī)、電氣及輔機(jī)熱力生產(chǎn)系統(tǒng)。

(1)數(shù)字化手段提升運(yùn)行人員事故應(yīng)急響應(yīng)能力

隨著電廠運(yùn)行管理水平和設(shè)備健康水平的提高，發(fā)電廠設(shè)備跳閘等事 故發(fā)生的機(jī)率大大下降，使得運(yùn)行值班人員無(wú)法通過實(shí)際操作來(lái)達(dá)到事故處理經(jīng)驗(yàn)累積的目的，這也就意味著運(yùn)行人員的事故處理水平會(huì)逐漸下降， 事故處理操作流程越來(lái)越不熟悉。鑒于這種情況，必須采用其他方式來(lái)提高運(yùn)行人員的事故處理水平，仿真機(jī)則是最好的一種選擇，通過仿真機(jī)進(jìn) 行日?；蜥槍?duì)性的事故處理訓(xùn)練，可以在一定程度上提高運(yùn)行值班人員的事故處理水平。特別是對(duì)于日?；静粫?huì)出現(xiàn)的事故，可通過仿真機(jī)訓(xùn)練來(lái)熟悉其處理流程。

圖 1: 國(guó)電黃金埠發(fā)電有限公司總貌圖

(2) 提高運(yùn)行人員培訓(xùn)效率

江西電力系統(tǒng)用電需求量近年來(lái)有較大幅度的提升，機(jī)組啟停的次數(shù)越來(lái)越少，加上運(yùn)行人員倒班特性，每年參與開停機(jī)的機(jī)會(huì)不多，甚至一 年都不能參與一次開停機(jī)操作，且開機(jī)操作歷時(shí)達(dá)到 12 小時(shí)以上，每個(gè)運(yùn)行人員不可能完全的經(jīng)歷一次開機(jī)操作，通過仿真機(jī)訓(xùn)練，可以使運(yùn)行人員進(jìn)行全程開機(jī)操作的模擬練習(xí)，熟悉開機(jī)操作的每一個(gè)步驟，不斷提高操作水平，防止因操作不熟練造成對(duì)開機(jī)及時(shí)性的影響甚至事故的發(fā)生。

(3) 及時(shí)驗(yàn)證機(jī)組控制邏輯

公司仿真要投運(yùn)前，DCS 邏輯修改后的驗(yàn)證工作必須要在機(jī)組停運(yùn)期 間進(jìn)行，那將會(huì)造成一些急需修改的邏輯不能盡早運(yùn)用到系統(tǒng)中，使一些安全隱患不能及時(shí)消除，控制系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間帶病運(yùn)行，這對(duì)機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行 存在威脅。公司投運(yùn)了本套仿真機(jī)系統(tǒng)后，與熱控人員使用的 DCS 最小系統(tǒng)結(jié)合，可以在仿真機(jī)上進(jìn)行邏輯驗(yàn)證，提高了DCS 安全隱患消除的效率。

該項(xiàng)目的挑戰(zhàn)

電廠工藝過程復(fù)雜，各工藝系統(tǒng)的耦合度高，且運(yùn)行方式多變。如何 能高精度的模擬這些工藝系統(tǒng)，而不僅僅是對(duì)運(yùn)行人員進(jìn)行簡(jiǎn)單的起、停機(jī)培訓(xùn)，對(duì)仿真系統(tǒng)模型的精度和系統(tǒng)的搭建人員能力要求都是非常高。

目前很多針對(duì)電廠的傳統(tǒng)仿真系統(tǒng)仍停留在基于 DCS 系統(tǒng)以外的獨(dú)立平臺(tái)進(jìn)行翻譯式建模，這些模型無(wú)法滿足國(guó)電黃金埠發(fā)電有限公司電廠對(duì)數(shù)字化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的運(yùn)行、熱控、維護(hù)人員全員培訓(xùn)的要求。另外對(duì)翻譯式仿真系統(tǒng)的維護(hù)來(lái)說(shuō)，需要另行學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)編程和第三方平臺(tái)的專門知識(shí)，對(duì)培訓(xùn)人員和維護(hù)人員的專業(yè)技術(shù)要求比較高，增加了學(xué)員的學(xué)習(xí)難度。

艾默生的總體解決方案

艾默生公司提供了一套完整的與實(shí)際 DCS 系統(tǒng)同平臺(tái)的一體化嵌入式仿真系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)熱控、運(yùn)行、維護(hù)學(xué)員快速進(jìn)行培訓(xùn)的目的，為國(guó)電黃金埠發(fā)電有限公司的數(shù)字化仿真培訓(xùn)系統(tǒng)建設(shè)奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。

以 Ovation 控制系統(tǒng)為平臺(tái)，采用業(yè)界領(lǐng)先的虛擬控制器仿真技術(shù)， 實(shí)現(xiàn)了仿真系統(tǒng)對(duì)機(jī)組范圍的工藝模型、實(shí)際控制系統(tǒng)的 1:1 鏡像復(fù)刻同平臺(tái)的一體化。培訓(xùn)人員可以在培訓(xùn)室內(nèi)實(shí)現(xiàn)在集控室內(nèi)的 1:1 鏡像操作培訓(xùn)。極大的延長(zhǎng)了運(yùn)行人員對(duì)機(jī)組運(yùn)行的培訓(xùn)時(shí)間，提高了培訓(xùn)效率。

該工程在 2019 年順利投入運(yùn)行，所有的功能在試運(yùn)行期間全部投入。 值得一提的是該項(xiàng)目亦是國(guó)內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了燃煤機(jī)組仿真系統(tǒng)虛擬控制器與真實(shí)控制器混合應(yīng)用的項(xiàng)目。艾默生公司把熱控培訓(xùn)使用的 Ovation DCS 最小系統(tǒng)并入了仿真系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)共用相同的上位機(jī)工作站、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備， 熱控人員可以在仿真機(jī)上進(jìn)行邏輯驗(yàn)證，提高了 DCS 安全隱患消除的效率。

該項(xiàng)目在為國(guó)電黃金埠發(fā)電有限公司客戶員工培訓(xùn)的同時(shí)，也為國(guó)內(nèi)外相同配置電廠的用戶帶來(lái)了培訓(xùn)價(jià)值，促進(jìn)了黃金埠電廠運(yùn)行人員豐富經(jīng)驗(yàn)的快速傳遞，也為電廠帶來(lái)了額外的培訓(xùn)效益，進(jìn)一步提高了仿真系統(tǒng)的價(jià)值。圖2為某 EPC 客戶籌建電廠的運(yùn)行人員在接受黃金埠電廠人員 的培訓(xùn)。第一批學(xué)員已經(jīng)結(jié)業(yè)（圖 3）。

圖 2: 國(guó)電黃金埠發(fā)電有限公司外方學(xué)員在培訓(xùn)

先進(jìn)的虛擬控制器技術(shù)

虛擬控制器 VXSim 是基于微軟 Windows 平臺(tái)，對(duì)真實(shí)控制器內(nèi)的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) VxWork 進(jìn)行 1:1 的完全模擬實(shí)現(xiàn)。它利用當(dāng)前一流的服務(wù)器產(chǎn)品即虛擬主機(jī)復(fù)制傳統(tǒng)控制系統(tǒng)控制器。仿真系統(tǒng)邏輯和算法使用在 Windows 操作系統(tǒng)環(huán)境中執(zhí)行的同步解算器計(jì)算流體網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)工作站可以虛擬復(fù)制多個(gè)控制器。虛擬控制器中嵌入了基于 Ovation 的模型，因此不需要傳統(tǒng)硬件，不影響原始控制器代碼。

虛擬控制器具有真實(shí)控制器的全部功能。采用虛擬技術(shù)的仿真系統(tǒng)，能夠直接在 Windows 操作系統(tǒng)的環(huán)境下，執(zhí)行控制策略、算法和時(shí)間域，對(duì)控制器所執(zhí)行的代碼沒有任何改變。

虛擬技術(shù)可以和真實(shí)控制系統(tǒng)之間進(jìn)行任何形式的組合，來(lái)滿足用戶對(duì)培訓(xùn)、配置組態(tài)試驗(yàn)、事故調(diào)查和跳機(jī)預(yù)防的各種各樣的配置需求。 

圖 3: 國(guó)電黃金埠發(fā)電有限公司外方學(xué)員培訓(xùn)結(jié)業(yè)典禮

圖 4: 艾默生公司 Ovation 虛擬控制器技術(shù)