整体煤气化联合循环(IGCC)电厂仿真系统的初步设想

第34卷第7期中国电力Vol.34. No.72001年7月ELECTRIC POWERJul，2001整体煤气化联合循环( IGCC )电厂仿真系统的初步设想The General Design of IGCC Power Plant Simulating System陈强唐多元蔡瑞忠段秋生(清华大学热能工程系北京100084 )摘要:通过整体功能、硬件系统和软件系统3大部分对IGCC电厂仿真系统的设计进行探讨,说明ICCC电厂仿真机的硬件组成、模块划分原则、支撑软件特点及网络通信的方法。关键词:整体煤气化联合循环;仿真机;电厂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中图分类号: TM611.3文献标识码: A .文章编号: 1004-9649( 2001 )07-0047-03IGCC电厂具有解决污染彻底发电效率高耗控制系统设计的验证、分析和优化。水量小等诸多优点是最有前途的发电方式之- -。我1.1 培训国是以煤为主要能源的国家IGCC电厂作为一种高培训内容除包括-般燃煤电厂都有的锅炉、汽效的洁净煤发电技术受到了广泛关注。我国已决定轮机和发电机的启动、停机、负荷变化、设备故障等，在烟台建立1座IGCC示范电厂,-方面为电厂安全还必须按IGCC电厂的实际操作包括以下内容:( 1 )高效运行积累经验;另一方面也能进行系统分析优空气分离器的启动、停机;(2水蒸汽系统的操作;化性能。与传统燃煤电厂相比IGCC电厂的热力系.(3 )粗煤气系统的操作;(4 )气化炉的启动、增压;统和运行操作更为复杂，而且国内也缺乏IGCC电(5 )蒸汽的耦合联结;(6 )天然气和煤气之间的相互厂的运行经验,为使示范电厂能更安全、高效地运切换。培训过程中仿真机能实现对学员操作的跟踪行，更好地达到其示范电厂的目的研制IGCC全范和记录，从而再现学员的操作步骤，并通过支持数据围仿真机培训系统是非常必要的。本文提出建造库实现自动评分。IGCC仿真机的若干构想。.2系统设计、 分析与优化由于IGCC仿真机可较真实地反映电厂运行情1整体功能况，任何实际电厂的设备都可在仿真机上做成相应的模块与之对应,因此可在仿真机上对新系统进行针对我国运行人员缺乏IGCC电厂的实际运行设计和模拟分析。一些新的方案缺乏实际运行数据经验JGCC电厂仿真机的主要功能之一 就是提供运和经验在实际应用中的效果即使专家也很难预料,行培训。通过在IGCC仿真机上的操作运行人员对先在仿真机上进行模拟运行可很好地帮助设计方IGCC电厂的启动、停机及事故处理等有了感性认案还可根据仿真效果随时修改设计方案。如果用实识并能熟练掌握这样在实际电厂操作时可大大减际设备代价大周期长改动麻烦，有些根本就不可少事故发生的几率。此外，因为IGCC电厂仿真机是能。仿真机上储存有设计、分析资源库可方便系统根据物理定律建立的仿真模型,能较真实地反映电设计验证设计方案,自动整定系统参数,为现场调厂的实际运行状态所以还可用于对电厂热力系统、试参数的设定提供参考。收稿日期: 2000-12-12;修回日期: 2001-04-19 .中国煤化工作者简介:陈强(1975-)男 重庆人硕士研究生从事电厂仿真机的研究。YHCNMHG472001年第7期中国电力第34卷.数学模型实现的。因此软件是IGCC电厂仿真机2硬件系统的核心。除对象的模型外,如何才能更快、更好地将这些模型组织在一起，实现真实电厂的功能,IGCC电厂仿真机的硬件系统除了必须提供与还要看操作系统及支撑软件是否能达到期望水真实电厂相同的操作设备、操作界面外更重要的是提供性能优良的计算机系统。此外控制整个仿真系3.1平台统运行状态的指导员台系统和模拟不在控制室中的国内仿真机一般采用UNIX和WindowsNT操作设备操作的就地操作站也是必要的设备。系统,UNIX操作系统一般用于计算机工作站上,由2.1 主计算机系统于UNIX操作系统的高稳定性、高效率、多任务的特主计算机系统是仿真机的核心设备,它用来存性很适合做仿真机的平台。WindowsNT具有非常强放气化炉、余热锅炉、汽轮机、发电机等主设备及其的图形处理能力、网络通信能力,有众多的软件支系统的仿真模型及控制程序,它的性能将决定整个持,良好的开放性,易于升级等特点，且微机的性能仿真机的仿真效果。已相当高,价格低廉。究竟选用哪种平台可根据对系.2主控制盘台系统与I/O接口系统.统功能的要求及经济条件决定。主控制盘台系统要求操作过真实电厂的操作人3.2功能模块员能不需要教练员的指导而自如操作仿真机即仿真与传统燃煤电厂相比,IGCC电厂涉及设备多机的操作界面在物理设备和功能.上非常逼真地模拟且复杂,如图1所示可把整个系统按其功能分为7了真实电厂。I/O 接口系统用来连接主计算机系统和部分:FA1 气化部分;FA2 粗煤气清洗;FA3空气控制盘台。IGCC仿真机可采用智能分布式输入输出分离器;FA4 联合循环;FA5 煤粉供给;FA6 清洁接口系统IDIS Intelligent Distribute Interface System )煤气调节;FA7 电器设备。其中FA4、FA5、FA7的2.3 指导员台许多模块可借鉴传统燃煤电厂的仿真模块FA1、IGCC的指导员台主要实现以下功能(1 )模型.FA2、FA3、FA6是传统燃煤电厂没有的模块,需另.调度模型加载、定时运行、单步运行、停止运行和模设计。型卸载。(2数据管理运行工况的选择和保存。(3)进程管理进程的冻结、解冻、再现、追忆、强制返回AI等。(4)速度控制控制仿真速度,可选择实时、超实时和欠实时。(5事故制造实时设定事故和延时设热「定事故6FAT2.4就地操作站就地操作是利用图形模拟的虚拟操作对象模拟耀'l 发汽器现场实际就地操作对象。就地操作主要包括电源开A5清话关、阀门和相关仪表等。系统还提供以下功能( 1 )随MUEA时添加新的就地操作画面。(2随时在线添加操作或数据显示单元。(3)对操作或数据显示单元的在线编处臣水氧辑,包括删除、移动、修改属性等。」FA2收动2.5辅助显示台由于ICCC仿真机的数据量非常大,而实际操作盘台上显示的数据量很有限,所以要使用辅助显“厂O+(?示台随时准确、直观地显示系统工况。( 1 )多样化的瓜騮空气数据显示方式:如数据表格、动态曲线、系统图形、直A3方图、数据浏览等。(2)画面组态:包括建立新的显示画面对画面显示单元进行添加、删除、属性修改等。(3 )在线报警:设定上下限在任意显示方式下给出图1IGCC仿真系统的功能模块数据的超限状态。3.3支撑软件3软件系统由于IGCC仿真系统复杂,所以需要功能强大的一体化集成环中国煤化工提出了如IGCC电厂中的所有设备都是通过建立相应的下设计目标(1)YHCNMHG实现整个48第34卷整体煤气化联合循环(IGCC)电厂仿真系统的初步设想2001年第7期电厂系统从建模、组态、调试、分析到运行的整个仿( 4 )Windows Sockets应用程序接口( WinSock API》真过程,即它是一个功能齐全,能应用于整个仿真第1种可认为是Windows的标准网络编程模式但生命期的软件系统。支撑系统还包括指导员台、就其编程方法较复杂;第2种是不同程序间进行动态.地操作、辅助显示、虚拟盘台功能。把所有功能集成数据交换的网络实现方式其特点是编程容易但速在一起将大大加快开发过程,协调各部分工作,便度太慢尤其在数据量比较大的时候;第3种与第2于随时调试。(2)图形化自动建模现在国内还没有种一样,也是实现较容易但速度太慢，对于IGCC仿很好的图形化建模软件,图形化自动建模使建模更真机这种需要交换大量数据的系统是不适合的;最为清楚、直观减少了出错机会大大缩短了模型开后1种,也被称为套接字编程,它原先是在UNIX下发周期。(3)-体化的仿真环境:它是一个高度集成广泛流行的一种网络编程方法,1991 年TCP/IP协的软件环境,即将实现各种功能的软件工具有机地议开始出现在Windows系统中,后来一些厂家联合结合在一起,而不仅仅是简单的集合。( 4高度的开开发了WinSock使Windows环境下TCP/IP的实现放性:支撑软件的模型库是开放式的,在开发过程标准化。由于WinSock由UNIX系统发展而来技术中可对其修改、删除和增加,以后用户在使用过程成熟,编程方便速度快,所以IGCC仿真机系统采中还可不断地对其扩充。由于IGCC系统复杂不少用它进行网络通信。模型还处在验证阶段模型库良好的开放性是非常网络通信采用客户/服务器方式,计算程序在必要的。(5 )友好的用户界面:便于使用人员操作,服务器上运行,它与以服务器方式运行的在线调加快开发进度。(6 )自动检测错误:任何人在使用过试程序和网络通信程序通过数据交换动态连接库程中都难免出错，该支撑软件能自动检测错误尽共享内存。在客户机上以客户方式运行的网络通量把错误在上游工序解决。(7适于组建大型仿真信程序通过网络设备与服务器.上的网络通信程序系统:为满足复杂系统的仿真需要,支撑软件能用建立网络连接后,建立数据内存映像然后通过数微机方便地组成大型仿真系统并具有高度的可伸据交换动态连接库与以客户机方式运行的在线调缩性。试程序共享此映像内存。客户机上运行的在线调3.4数据监测与在线调试试程序与网络通信程序相互配合,就可以象在本数据监测与在线调试系统提供模型调试、结果机上一样对计算程序进行数据显示和在线跟踪调分析和仿真运行支撑等功能。它应具备以下功能:试。(1)为方便模型调试,系统应具备在线数据修改功能，可在模型运行过程中随时修改任-模型中的变4结论量。(2)为便于进行模型调试和结果分析系统应提供数据趋势显示方式,可以曲线方式同时连续对多在洁净煤发电方面,IGCC电厂能较大幅度地提个数据进行对比观察。(3)应具备完全的进程管理高发电厂的热效率,并使污染问题获得非常满意的功能。(4能提供就地操作画面的在线组态功能。(5)解决。IGCC仿真机的研究对于建立和优化IGCC电能提供数据表格、动态曲线、系统图、直方图等多种厂吸收国外先进技术培训电厂操作人员都有很现显示方式。(6 )应具备网络运行能力，以满足实际仿实的意义。真系统的需要。数据监测与在线调试系统通过动态连接库与外参考文献:部数据实现内存共享，并采用以变量名对数据进行辨识的方法不但可以多种方式显示数据,而且可方[ 1 ] Yoshiaki Sonoda , Nobuya Yoshimoto , Kouichi Morimura ,et al. De-便地对数据进行在线修改,从而达到对数据所有者velopment of plant training simulator based on vitual reality[J ]进行在线调试的目的。Technical Review - Mitsubishi Heary Industres , 2000 37( 1): 19-3.5 系统网络通信23由于ICCC电厂仿真系统非常复杂，需要在多[2] Colak 1 ,Yilmaz E N. Simlaion of the prall connection of letrical台计算机上共同完成,而且对于有硬盘台的仿真系power stations [J ] International Jourmal of Electrical Engineering Edu-统还需要通过网络接口与之通信这就涉及到系统cation 19999 36(4 ):332-341.网络通信。如果在UNIX环境下则可用Socket方法[3]荀小龙何祖威唐胜利等.全CRT电站培训仿真机的设计与实现网络之间通信,如果在Windows环境下进行网实现[J]系统仿真学报,1999 11(6)481-484.络编程则主要有这样几种基本方法( 1 )Windows网络应用程序接口(WNetAPI)[2)Windows网络动态中国煤化工数据交换( NetDDE )(3 )共享文件方式( Share File );MHCNMHG吕玲)49