CN114609926A - 一种基于火电仿真平台的火电厂动态在线仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于火电仿真平台的火电厂动态在线仿真方法，包括：在火电仿真平台中建立仿真系统的数学仿真模型，并调试完善仿真模型；整理机组DCS数据库点表，编译通讯接口程序，实现数据共享；建立仿真模型反算功能模块，将DCS数据库中某一断面数据逆向导入仿真模型，并对仿真模型进行动态在线反算使其计算收敛和稳定，形成仿真系统的初始工况；在初始工况下运行仿真系统，仿真参数和实际机组运行过程参数对比，完成动态在线仿真展示。本发明可实现仿真系统与实际机组运行数据的有效结合，使仿真系统能够直接获取现场实际机组的运行状态及运行数据参数，并适时地对当前状态进行仿真计算、分析与预警。
Description
技术领域
本发明属于火电厂仿真培训技术领域，涉及一种基于火电仿真平台的火电厂动态在线仿真方法。
背景技术
当前，随着能源互联网的提出，国内一些大的发电企业陆续推出了智慧电厂，因此在数字化电厂的基础上构建高效节能、绿色环保、环境舒适的智慧电厂需求更为迫切。
火电厂动态在线仿真技术运用先进的电厂仿真与分析技术，对发电厂的运行在线监视、经济性计算、故障诊断提供仿真技术支持，提高对发电机组运行机理的分析能力。通过与实际机组同步运行、采集实时数据、重演历史运行过程，可为电厂安全运行水平的提高、机组性能分析、控制方案的验证提供更丰富的依据。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本申请提供一种基于火电仿真平台的火电厂动态在线仿真方法，可实现仿真系统与实际机组运行数据的有效结合，使仿真系统能够直接获取现场实际机组的运行状态及运行数据参数，并适时地对当前状态进行仿真计算、分析与预警，为电厂安全、经济运行提供在线的、智能的辅助信息。
为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：
一种基于火电仿真平台的火电厂动态在线仿真方法，包括以下步骤：
步骤1：基于仿真对象机组热力系统的热力学特性及设备特性，在火电仿真平台中建立仿真系统的数学仿真模型，并初步仿真实际机组的运行过程及特性，调试完善仿真模型；
步骤2：根据仿真案例需求，整理机组DCS数据库点表，编译通讯接口程序，用于DCS数据库中数据的读取和存储；
步骤3：在搭建完成的仿真系统中建立仿真模型反算功能模块，将DCS数据库中某一断面数据逆向导入仿真模型，并对仿真模型进行动态在线反算使其计算收敛和稳定，形成仿真系统的初始工况；
步骤4：在初始工况下运行仿真系统，仿真参数和实际机组运行过程参数对比，完成动态在线仿真展示。
本发明进一步包括以下优选方案：
优选地，步骤1具体包括：
步骤1.1：收集仿真对象机组设备技术资料，对设备资料进行分析整理，形成初设建模方案；
步骤1.2：依据质量守恒和能量守恒平衡方程计算确定机组各设备的热力特性参数，根据机组系统流程图搭建各机组系统数学仿真模型并进行机组系统间模型对点连接；
步骤1.3：整理仿真平台数据库，根据数据点的类型配置数据库，并与仿真模型进行数据对点；
步骤1.4：对仿真系统进行系统启动运行调试，并根据实际机组运行参数对数学模型进行完善，使得仿真系统的运行特性与实际机组的运行特性匹配。
优选地，步骤1.1中，机组设备技术资料包括机组设备说明书、锅炉热力计算数据汇总、汽机热力特性书、机组设备运行规程、系统流程文档。
优选地，步骤1.3中，仿真平台数据库采用SQLserver数据库，根据数据点的类型配置SCT_AI、SCT_AO、SCT_DI、SCT_DO四类数据库。
优选地，步骤2中，将DCS数据库的AO、DO整理出来，形成SISAO、SISDO点表，保存在仿真平台相关目录下。
优选地，步骤2中，基于火电仿真平台开发数据通讯接口，包括DCS端数据通讯接口和仿真端数据通讯接口，分别用于对机组DCS数据库的数据进行写入和读取；
DCS端和仿真端数据通讯接口为共享内存，DCS端数据通讯接口负责写入历史数据，仿真端数据通讯接口负责读取历史数据，并对读取的数据进行保存。
优选地，步骤3中，仿真系统的初始工况形成过程为机组DCS数据库断面参数数据逆向模型参数数据恢复过程，具体为：
将机组DCS数据库中某一断面数据恢复成为仿真系统运行的初始工况，使得仿真系统运行的初始运行工况参数与实际机组某一断面参数数据一致。
优选地，步骤3中，在搭建完成的仿真系统中建立仿真模型反算功能模块，用于对仿真模型进行动态在线反算使其计算收敛和稳定，即针对仿真模型，通过导入的DCS数据库某一断面数据，实现对模型设备的性能参数进行反算修正，使仿真模型能够更加真实的反映机组真实设备的运行特性，实现步骤如下：
1)在搭建完成的仿真系统中建立仿真模型反算功能模块：针对DCS数据库中传输过来的每一个历史数据分别在仿真系统中找到对应设备数学模型，编制和外挂其逆向反算功能算法，并以DCS数据库传输过来的数据作为对应设备的边界参数，运行反算设备特性参数，并将其固化在该设备数学模型的系数中；
2)设定模型反算功能模块运行规则：要求设备的反算功能模块在仿真系统正常运行时处于冻结状态，只有在触发模型反算功能时才能解冻参与仿真模型的修正计算；
3)在仿真系统平台数据库中设定设备模型计算参数与机组DCS数据库中对应设备参数之间的误差区间；
4)建立模型参数计算收敛及稳定性判断及展示模块，用于实时读取机组DCS数据库参数和仿真系统数据库数据，同时显示各参数误差区间，基于误差区间进行模型参数计算收敛及稳定性判定及展示。
优选地，所述仿真模型反算功能模块由在线仿真控制器控制，导入DCS数据库中断面数据后，点击控制器界面“开始反算”，则进行仿真系统的在线反算，待控制器界面提示全部收敛及参数评价全部“OK”后，结束反算。
优选地，所述还包括：步骤5：对机组运行状态进行分析，提前预测实际机组运行状况。
本申请所达到的有益效果：
本发明基于火电仿真平台的火电厂动态在线仿真技术与传统培训用仿真相比，详细总结基于火电仿真平台的火电厂动态在线仿真技术的实现方法的实现过程，在火电仿真开发平台中，通过搭建仿真对象机组热力系统数学仿真模型和编译通讯接口，实现了仿真系统与被仿对象实际机组运行数据的有效连接，通过火电厂DCS系统与火电仿真开发平台数据共享，从而使仿真系统能够直接获取现场机组设备的运行状态和操作动作；
本发明读取机组DCS数据库中断面参数数据，将某一断面历史数据恢复为仿真系统的初始工况，形成仿真系统稳定、收敛的的初始工况数据；
在初始工况下运行仿真系统，并和实际机组运行过程参数对比，完成动态在线仿真展示，适时地对机组运行状态进行分析与预警，为火电厂安全、经济运行提供在线的、智能的辅助信息，为电厂安全运行水平的提高、机组性能分析、控制方案的验证提供更丰富的依据。
附图说明
图1是本发明一种基于火电仿真平台的火电厂动态在线仿真方法流程图；
图2是本发明一种基于火电仿真平台的火电厂动态在线仿真方法实施原理图；
图3是本发明实施例中在线仿真控制器界面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
如图1-2所示，本发明的一种基于火电仿真平台的火电厂动态在线仿真方法，具体包括以下步骤：
步骤1：基于仿真对象火电热力系统的热力学特性及设备特性建立数学仿真模型。通过该仿真模型能初步仿真实际机组的运行特性，调试完善仿真模型。
本实施例中展示的仿真对象为某火力发电厂1000MW发电机组热力系统，以机组设备的锅炉热力计算数据汇总、汽机热力特性书为依据，基于仿真平台搭建一套与实际机组的运行特性匹配的仿真系统。
搭建仿真系统的步骤如下：
步骤1.1：仿真对象机组设备技术资料收集，包括机组设备说明书、锅炉热力计算数据汇总、汽机热力特性书、机组设备运行规程、系统流程等文档，对设备资料进行分析整理，形成各系统初设建模方案。
步骤1.2：依据质量守恒和能量守恒平衡方程计算确定机组各设备的热力特性参数，根据机组系统流程图搭建各系统数学仿真模型并进行系统间模型对点连接。
步骤1.3：整理仿真平台数据库，根据数据点的类型配置SCT_AI、SCT_AO、SCT_DI、SCT_DO四类数据库，并与仿真模型进行数据对点。
SCT_AI、SCT_AO、SCT_DI、SCT_DO分别为仿真模型侧数据库点表，通过此数据库点表可以实现仿真模型侧变量与外界数据间的数值传递。
SCT_AI：仿真模型侧模拟量输入数据库点表；
SCT_AO：仿真模型侧模拟量输出数据库点表；
SCT_DI：仿真模型侧数字量输入数据库点表；
SCT_DO：仿真模型侧数字量输入数据库点表。
步骤1.4：步骤1.3仿真系统数学模型搭建完毕后，进行系统启动运行调试，并根据实际机组运行参数对数学模型进行完善，使得仿真系统的运行特性与实际机组的运行特性匹配。
步骤2：根据仿真案例需求，整理机组DCS数据库点表，编写数据通讯接口程序，使得仿真平台数据库能够和机组DCS数据库进行数据传输(DCS数据库至仿真平台数据库的单向传输)，仿真平台数据库采用SQLserver数据库，可以实现对机组DCS历史数据的读取和存储功能，实现数据共享、实现运行的负载均衡，进行实时的数据处理。
具体实施时，1)整理DCS数据库点表，因DCS数据库至仿真平台数据库是单向传输，故只需将DCS数据库的AO、DO整理出来，形成SISAO、SISDO点表，保存在仿真平台相关目录下。
SISAO、SISDO为DCS侧数据库点表，通过此数据库点表可以实现DCS侧变量与仿真模型数据间的数值传递。
SISAO：DCS侧模拟量输入数据库点表；
SISDO：DCS侧数字量输入数据库点表；
2)基于火电仿真平台开发数据通讯接口，包括DCS端数据通讯接口和仿真端数据通讯接口，分别用于对机组DCS数据库的数据进行写入和读取；
DCS端和仿真端数据通讯接口为共享内存，DCS端数据通讯接口负责写入历史数据，仿真端数据通讯接口负责读取历史数据，并对读取的数据进行保存；
仿真端数据通讯接口与动态在线计算的其它模块的接口为模块内部的内存连接，不存在对外接口；仿真端数据通讯接口的数据空间常驻内存中，设计为共享内存模式。
步骤3：在搭建完成的仿真系统中建立仿真模型反算功能模块，将DCS数据库中某一断面数据逆向导入仿真模型，并对仿真模型进行动态在线反算使其计算收敛和稳定，形成仿真系统的初始工况；
仿真系统的初始工况形成过程为机组DCS数据库断面参数数据逆向模型参数数据恢复过程，具体为：
将机组DCS数据库中某一断面数据恢复成为仿真系统运行的初始工况，使得仿真系统运行的初始运行工况参数与实际机组某一断面参数数据一致。
首先需在搭建完成的仿真系统中建立仿真模型反算功能模块，用于对仿真模型进行动态在线反算使其计算收敛和稳定，即针对仿真模型，通过导入的DCS数据库某一断面数据，实现对模型设备的性能参数进行反算修正，使仿真模型能够更加真实的反映机组真实设备的运行特性，实现步骤如下：
1)在搭建完成的仿真系统中建立仿真模型反算功能模块：针对DCS数据库中传输过来的每一个历史数据(比如：温度、压力、流量等参数)分别在仿真系统中找到对应设备数学模型，编制和外挂其逆向反算功能算法，并以DCS数据库传输过来的这些数据作为对应设备的边界参数，运行反算设备特性参数，并将其固化在该设备数学模型的系数中。
所述仿真模型反算功能模块由在线仿真控制器控制，导入DCS数据库中断面数据后，点击控制器界面“开始反算”，则进行仿真系统的在线反算，待控制器界面提示全部收敛及参数评价全部“OK”后，结束反算。
2)设定模型反算功能模块运行规则：要求设备的反算功能模块在仿真系统正常运行时处于冻结状态，只有在触发模型反算功能时才能解冻参与仿真模型的修正计算；
3)在仿真系统平台数据库中设定设备模型计算参数与机组DCS数据库中对应设备参数之间的误差区间(即容错率)，用于确保模型参数计算的精确度，提高仿真模型迭代计算效率；
4)建立模型参数计算收敛及稳定性判断及展示模块(见图2)，该模块可以实时读取机组DCS数据库参数和仿真系统数据库数据，同时显示步骤3)所设定的各参数误差区间(即容错率)，基于误差区间进行模型参数计算收敛及稳定性判定及展示：
当反算的初始工况参数对比相应的DCS数据库参数在设定误差范围内且计算收敛、运行稳定时，则模块界面下方会出现“收敛状态，结束反算”字样提示；
否则模块界面出现“反算中，未收敛”字样提示，此时反算功能模块重新进行仿真模型反算过程。
实施过程举例如下：
a.通过仿真平台通讯程序接口读取DCS数据库中某一时刻断面数据；
b.通过平台程序将该断面数据转化为仿真模型可读取的.SLC格式文件；
c.将.SLC格式文件导入仿真模型中，并启动反算功能模块，此时反算功能模块界面出现“反算中，未收敛”字样提示，在线仿真动态控制器如图3所示。
d.当计算出的模型数据与稳态数据(即DCS数据库中某一时刻断面数据)间的容错率(即误差区间)在要求范围之内时，则该参数计算收敛(评价为OK)；
e.当所有参数均计算收敛后，则仿真反算功能模型整体收敛；此时则模块界面下方会出现“收敛状态，结束反算”字样提示；否则模块界面出现“反算中，未收敛”字样提示，此时反算功能模块重新进行仿真模型反算过程。
步骤4：在初始工况下运行仿真系统，仿真参数和实际机组运行过程参数对比，完成动态在线仿真展示，操作步骤如下：
启动火电仿真平台，装载仿真系统模型并运行；
启动在线仿真控制器，导入DCS数据库中断面数据，点击“开始反算”，进行仿真系统的在线反算，待控制器界面提示全部收敛及参数评价全部“OK”后，结束反算。
此时仿真系统运行的初始工况与DCS断面数据一致,在此工况下运行仿真系统，并和实际机组运行过程参数对比，完成动态在线仿真技术实现。
步骤5：对机组运行状态进行分析与预警，提前预测实际机组运行状况。
本发明基于火电仿真平台的火电厂动态在线仿真技术与传统培训用仿真相比，详细总结基于火电仿真平台的火电厂动态在线仿真技术的实现方法的实现过程，在火电仿真开发平台中，通过搭建仿真对象机组热力系统数学仿真模型和编译通讯接口，实现了仿真系统与被仿对象实际机组运行数据的有效连接，通过火电厂DCS系统与火电仿真开发平台数据共享，从而使仿真系统能够直接获取现场机组设备的运行状态和操作动作；
本发明读取机组DCS数据库中断面参数数据，将某一断面历史数据恢复为仿真系统的初始工况，形成仿真系统稳定、收敛的的初始工况数据；
在初始工况下运行仿真系统，并和实际机组运行过程参数对比，完成动态在线仿真展示，适时地对机组运行状态进行分析与预警，为火电厂安全、经济运行提供在线的、智能的辅助信息，为电厂安全运行水平的提高、机组性能分析、控制方案的验证提供更丰富的依据。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于火电仿真平台的火电厂动态在线仿真方法，其特征在于：
所述方法包括以下步骤：
步骤1：基于仿真对象机组热力系统的热力学特性及设备特性，在火电仿真平台中建立仿真系统的数学仿真模型，并初步仿真实际机组的运行过程及特性，调试完善仿真模型；
步骤2：根据仿真案例需求，整理机组DCS数据库点表，编译通讯接口程序，用于DCS数据库中数据的读取和存储；
步骤3：在搭建完成的仿真系统中建立仿真模型反算功能模块，并将DCS数据库中数据逆向导入仿真模型，对仿真模型进行动态在线反算使其计算收敛和稳定，形成仿真系统的初始工况；
步骤4：在初始工况下运行仿真系统，仿真参数和实际机组运行过程参数对比，完成动态在线仿真展示。
2.根据权利要求1所述的一种基于火电仿真平台的火电厂动态在线仿真方法，其特征在于：
步骤1具体包括：
步骤1.1：收集仿真对象机组设备技术资料，对设备资料进行分析整理，形成初设建模方案；
步骤1.2：依据质量守恒和能量守恒平衡方程计算确定机组各设备的热力特性参数，根据机组系统流程图搭建各机组系统数学仿真模型并进行机组系统间模型对点连接；
步骤1.3：整理仿真平台数据库，根据数据点的类型配置数据库，并与仿真模型进行数据对点；
步骤1.4：对仿真系统进行系统启动运行调试，并根据实际机组运行参数对数学仿真模型进行完善，使得仿真系统的运行特性与实际机组的运行特性匹配。
3.根据权利要求2所述的一种基于火电仿真平台的火电厂动态在线仿真方法，其特征在于：
步骤1.1中，机组设备技术资料包括机组设备说明书、锅炉热力计算数据汇总、汽机热力特性书、机组设备运行规程、系统流程文档。
4.根据权利要求2所述的一种基于火电仿真平台的火电厂动态在线仿真方法，其特征在于：
步骤1.3中，仿真平台数据库采用SQLserver数据库，根据数据点的类型配置SCT_AI、SCT_AO、SCT_DI、SCT_DO四类数据库。
5.根据权利要求1所述的一种基于火电仿真平台的火电厂动态在线仿真方法，其特征在于：
步骤2中，将DCS数据库的AO、DO整理出来，形成SISAO、SISDO点表，保存在仿真平台相关目录下。
6.根据权利要求1所述的一种基于火电仿真平台的火电厂动态在线仿真方法，其特征在于：
步骤2中，基于火电仿真平台开发数据通讯接口，包括DCS端数据通讯接口和仿真端数据通讯接口，分别用于对机组DCS数据库的数据进行写入和读取；
DCS端和仿真端数据通讯接口为共享内存，DCS端数据通讯接口负责写入历史数据，仿真端数据通讯接口负责读取历史数据，并对读取的数据进行保存。
7.根据权利要求1所述的一种基于火电仿真平台的火电厂动态在线仿真方法，其特征在于：
步骤3中，仿真系统的初始工况形成过程为机组DCS数据库断面参数数据逆向模型参数数据恢复过程，具体为：
将机组DCS数据库中某一断面数据恢复成为仿真系统运行的初始工况，使得仿真系统运行的初始运行工况参数与实际机组某一断面参数数据一致。
8.根据权利要求1或7所述的一种基于火电仿真平台的火电厂动态在线仿真方法，其特征在于：
步骤3中，在搭建完成的仿真系统中建立仿真模型反算功能模块，用于对仿真模型进行动态在线反算使其计算收敛和稳定，即针对仿真模型，通过导入的DCS数据库某一断面数据，实现对模型设备的性能参数进行反算修正，使仿真模型能够更加真实的反映机组真实设备的运行特性，实现步骤如下：
1)在搭建完成的仿真系统中建立仿真模型反算功能模块：针对DCS数据库中传输过来的每一个历史数据分别在仿真系统中找到对应设备数学模型，编制和外挂其逆向反算功能算法，并以DCS数据库传输过来的数据作为对应设备的边界参数，运行反算设备特性参数，并将其固化在该设备数学模型的系数中；
2)设定模型反算功能模块运行规则：要求设备的反算功能模块在仿真系统正常运行时处于冻结状态，只有在触发模型反算功能时才能解冻参与仿真模型的修正计算；
3)在仿真系统平台数据库中设定设备模型计算参数与机组DCS数据库中对应设备参数之间的误差区间；
4)建立模型参数计算收敛及稳定性判断及展示模块，用于实时读取机组DCS数据库参数和仿真系统数据库数据，同时显示各参数误差区间，基于误差区间进行模型参数计算收敛及稳定性判定及展示。
9.根据权利要求8所述的一种基于火电仿真平台的火电厂动态在线仿真方法，其特征在于：
所述仿真模型反算功能模块由在线仿真控制器控制，导入DCS数据库中断面数据后，点击控制器界面“开始反算”，则进行仿真系统的在线反算，待控制器界面提示全部收敛及参数评价全部“OK”后，结束反算。
10.根据权利要求1所述的一种基于火电仿真平台的火电厂动态在线仿真方法，其特征在于：
所述还包括：步骤5：对机组运行状态进行分析，提前预测实际机组运行状况。
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