1、 項目背景介紹
國能集團永州電廠位于湖南省永州市東安縣蘆洪市鎮(zhèn),是國家能源集團在湘實施“一南一北、統(tǒng)籌發(fā)展”布局的先行項目,全省能源安全保障戰(zhàn)略的重點項目,同時也是全省重點實施的十大基礎(chǔ)設(shè)施項目之一;
國能集團永州電廠因儲備人員培訓(xùn)力度不足、人員技能評定手段單一等問題,亟需一套全范圍仿真系統(tǒng)來解決此一系列需求;
2020年4月于和利時簽訂合同,采購一套針對于永州發(fā)電廠的定制開發(fā)仿真系統(tǒng),并采用先進的激勵式虛擬DPU電廠仿真技術(shù),項目規(guī)模龐大對現(xiàn)場的數(shù)據(jù)運行及通訊功能提出挑戰(zhàn),項目就地閥門數(shù)據(jù)庫6400個閥門,仿真范圍內(nèi)108個控制站,通信硬點數(shù)據(jù)量6.1萬,中間數(shù)據(jù)通信量3萬,OPC總數(shù)據(jù)吞吐量9.1萬,模型數(shù)據(jù)庫:95萬;最終通過和利時工程實施將電腦CPU運算從90%降低到40%,通信響應(yīng)由7s提高至300ms,完美實現(xiàn)了邏輯驗證、運行/熱控人員雙系統(tǒng)培訓(xùn)、故障演練等功能,收獲用戶一致好評。
2、 項目目標與原則
本項目以永州發(fā)電廠一期工程2×1050MW超超臨界燃煤機組#1機組為對象,開發(fā)一套全范圍、高逼真度的仿真系統(tǒng),包括鍋爐、汽輪機、發(fā)電機、電氣系統(tǒng)、脫硫脫硝系統(tǒng)、熱控系統(tǒng)、凝結(jié)水凝處理系統(tǒng)、化水系統(tǒng)、燃料系統(tǒng)及全廠公用系統(tǒng)等,尤其需要指出的是:本項目需要實現(xiàn)國華永州發(fā)電廠機組級自啟停系統(tǒng)的全過程仿真。本仿真培訓(xùn)系統(tǒng)具備完善的培訓(xùn)管理功能,提供向受訓(xùn)人員展現(xiàn)正常、異常和緊急狀態(tài)的現(xiàn)場環(huán)境,經(jīng)培訓(xùn)后能夠熟練地掌握機組啟停過程和維持正常運行的全部操作,學(xué)會處理異常、緊急事故的技能,訓(xùn)練應(yīng)急能力,確保機組安全運行。
3、 項目實施與應(yīng)用情況
(1)永州電廠仿真項目范圍包含:
汽機鍋爐、電氣、脫硫、脫硝、輸煤、除塵、除灰、化水(精處理)、NCS;
(2)永州電廠仿真項目功能包含:
邏輯驗證、正常操作、典型事故、自動評分、分組培訓(xùn)、盤臺硬手操、多媒體火焰;
(3)項目全流程及各節(jié)點時間如下:
2020年7月:項目啟動;
2020年8月:相似機安裝;
2021年5月:項目硬件出廠;
2021年7月:硬件開箱;邏輯驗證。
2021年12月:軟件出廠;
2022年4月:項目驗收;
(4)項目特點:
工藝特點:目前為止國內(nèi)最南端“煙塔合一”項目,百萬機組單汽泵系統(tǒng),十抽汽回?zé)崞啓C機組;脫硫廢水工藝采用的是廢水三效零排放工藝,此工藝流程廠,控制閥門多;針對此工藝在實施過程中專門開發(fā)新的算法模塊,來實現(xiàn)此工藝仿真功能。
項目規(guī)模:就地閥門數(shù)據(jù)庫6400個閥門,仿真范圍內(nèi)共有108個控制站,通信硬點數(shù)據(jù)量6.1萬,中間的數(shù)據(jù)通信量3萬,OPC總數(shù)據(jù)吞吐量9.1萬,模型數(shù)據(jù)庫:95萬;
· 運算數(shù)據(jù)量龐大而造成高配置計算器無法運轉(zhuǎn),通過打破常規(guī)配置,配置不同模型任務(wù),做到區(qū)別分類,精簡合并,最終將電腦CPU運算從90%降低到40%。
· 虛擬控制器和OPC通訊軟件(原本合并),拆分安裝,將模型站和OPCS通訊軟件安裝到同一臺電腦,虛擬控制器和工程師站安裝到一起,分別訪問本機通信接口,降低交換機交叉通信量,通信響應(yīng)由7s提高至300ms。
4 、 效益分析
(1)強大的邏輯驗證功能,保證現(xiàn)場實際生產(chǎn)
在項目現(xiàn)場投運前期,仿真系統(tǒng)作為最有利的邏輯驗證和校驗工具,對國華永州現(xiàn)場APS(Automatic Plant Start-up and Shut down System:火力發(fā)電廠自動啟/停機控制系統(tǒng))邏輯進行了驗證,共計發(fā)現(xiàn)371條邏輯問題,并具備修改后邏輯驗證功能,從而確保實際生產(chǎn)中APS系統(tǒng)能夠直接調(diào)用如SCS、MCS、BMS、DEH、CCS等的各種熱工控制系統(tǒng),全工況、全過程、全自動地參與機組啟停控制,完成復(fù)變系統(tǒng)的調(diào)控。
(2)運行/熱控人員雙系統(tǒng)培訓(xùn),維護成本低
本項目采用和利時激勵式虛擬DPU電廠仿真技術(shù)采用數(shù)學(xué)模型+虛擬DPU+真實DCS軟件構(gòu)成,使用與國華永州現(xiàn)場真實控制系統(tǒng)完全一致的 DCS歷史站軟件、DCS工程師站軟件、DCS操作員站軟件,使用模擬控制單元 DPU 的仿真軟件來實現(xiàn)現(xiàn)場分散控制系統(tǒng)的控制器運算功能,直接導(dǎo)入DCS工程師站實際的控制組態(tài)工程,下裝運算邏輯,實現(xiàn)對現(xiàn)場控制系統(tǒng)的完全仿真。在具有傳統(tǒng)仿真系統(tǒng)運行人員的基礎(chǔ)培訓(xùn)功能外,還能夠?qū)崿F(xiàn)對電廠熱控人員的DCS軟件的組態(tài)、維護等培訓(xùn);實現(xiàn)后期對現(xiàn)場工藝的邏輯改造進行測試驗收,并將控制策略組態(tài)測試結(jié)果直接導(dǎo)入現(xiàn)場DCS使用等高級功能。
不但可以滿足用戶運行人員的使用要求,還可以滿足熱工人員的培訓(xùn)要求,同時在DCS組態(tài)文件調(diào)試時期,可先于現(xiàn)場對DCS控制測量進行仿真校驗和驗證,提前規(guī)避控制風(fēng)險,優(yōu)化控制方案。同時在造價成本上和傳統(tǒng)仿真系統(tǒng)相差甚微,且在后期項目維護上,因現(xiàn)場普通熱控人員本身具備對仿真系統(tǒng)中DCS部分的系統(tǒng)維護和組態(tài)升級,因此也具有極大的成本優(yōu)勢。
永州仿真項目采用和利時公司基于HOLLiAS MACS系統(tǒng)產(chǎn)品自主開發(fā)的、國際領(lǐng)先的虛擬DPU軟件,在仿真系統(tǒng)中使用真正的工業(yè)DCS軟件和虛擬主控軟件(VDPU)有機結(jié)合。以保證操作員功能及界面、工程師功能及界面、數(shù)據(jù)服務(wù)功能、報警和日志功能、運行畫面、控制方案等與真實機組完全一致,亦可用于DCS控制邏輯優(yōu)化,真實控制工程隨時進行組態(tài)更新,操作與真實DCS完全一致。
VDPU軟件運行在計算機純軟件環(huán)境中,不需要使用任何主控硬件,和利時激勵式虛擬DPU仿真系統(tǒng)采用了和現(xiàn)場DCS同樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和全局數(shù)據(jù)庫,虛擬DCS中的點和實際DCS中的點是嚴格的一對一映射關(guān)系。可以將實際DCS中的數(shù)據(jù),包括實時運行數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù),導(dǎo)入到虛擬DCS中回放和分析,實現(xiàn)控制策略研究、模型校驗、故障分析等功能。