张 刚，曹福毅，王祥凤，孙 力，胡俊宇

(沈阳工程学院辽宁省电力仿真控制重点实验室，沈阳110136)

随着垃圾焚烧发电站在我国得到越来越广泛的应用，设计开发适合我国垃圾特点的垃圾焚烧发电机组仿真系统，不仅能对新建和已运行的垃圾焚烧发电机组提供技术支持，对垃圾处理的新方法提供技术保障，而且对于垃圾焚烧发电机组的设计、运行指导和人员培训具有重要意义.

1 仿真对象及仿真范围

仿真系统的仿真对象:无锡华光锅炉股份有限公司生产的UG-400-75/3.82/450-F 型自然循环锅炉;汽轮机是南京汽轮机厂生产的C12-3.43/ 0.981-12 型单缸、冲动、轴流、抽凝式式汽轮机;发电机是南京汽轮机厂生产的QFW-15-2A 型15 MW 空冷汽轮发电机. 仿真的范围是从锅炉燃料制备到发电机出口主开关为止的整个生产过程，而且包括实际生产过程中所必需的就地操作设备.仿真系统采用了全物理过程的模块化的数学模型，客观真实且全面地模拟了实际机组机、炉、电、热控及附属设备的启停、运行调节、事故处理、仿真试验等各种工况下的运行反应及操作过程.

2 仿真系统构成

2.1 仿真硬件

仿真系统构成完全按照实际机组单元控制室的布置实现1∶1 仿真.如图1.

图1 仿真系统硬件构成

教练员站兼做服务器，除实现仿真系统的运行控制及过程监视等教练员站功能外，还具有仿真模型开发、调试及修改、数据库管理等服务器功能. 系统配置5 台操作员站供培训人员进行操作，操作员站的人机界面及所有操作功能与实际机组完全一致. 为了和现场控制室操作界面保持一致，系统配置了2 台投影仪及投影幕布，实现发电机组的单元控制室大屏幕的操作环境仿真.另外，为了满足实际运行时就地操作的要求，配置2 台就地操作站，其功能是实现实际机组单元控制室以外所有系统的手动操作及相关数据监视. 教练员站与操作员站、就地站、投影仪之间以网线通过网络交换机实现实时数据连接通讯.

2.2 仿真软件

系统仿真开发环境SimuEngine 是1 个可视化的科学计算仿真支撑系统，具有良好的可维护性和可移植性，可运行于Windows2000/XP/2003/Vista /2008/7等多种Windows 操作系统，是介于仿真系统和计算机操作系统之间的可视化仿真支撑系统. 它提供了专用的实时网络数据库、可视化的动态数据显示、在线数据修改、模型调试、图形化的建模环境并具备齐全的仿真功能.该系统具有界面友好、功能齐全、通用性强和开放度高等特点.

仿真模型是基于仿真引擎SimuEngine 支撑下的图形化建模工具软件SimuBuilder 开发的，包括锅炉系统、汽轮机系统、发电机及厂用电系统、控制系统、逻辑保护系统仿真模型.整个仿真模型全部依据仿真对象的设计资料建立，实现对垃圾焚烧发电机组的正常运行、启停、异常和特殊工况的全范围、全过程仿真，能够满足机组设计优化、运行指导和人员培训等的各项需求.

3 仿真系统功能

仿真引擎SimuEngine 提供了先进的多任务实时调度功能，可以在系统中同时执行多个数学模型程序，并使之自动保持同步;仿真周期精度高，最小仿真步长可以达到10 ms，数据刷新时间步长可以达到50 ms;具有多流程支持功能，可以同时运行多个仿真进程;支持多台计算机的分布式仿真运行.

3.1 教练员站

仿真系统的教练员站的任务是控制仿真系统运行及监视仿真过程，功能丰富，操作简洁，功能强大，灵活方便.其功能包括:①常数的读取与快速保存;②工况的读取与快速保存;③模型的运行与停止;④模型的冻结与解冻:可以冻结所有模型程序，也可以冻结部分模型程序;⑤改变模型运行速度:可以将模型运行速度从实际速度的1/10 至10 倍之间进行连续调整;⑥故障设置:可设置实际发电机组运行当中的典型及常见故障，故障库可以跟据实际需求添加与管理故障;⑦回退功能:可启/停用回退功能，回退数据的保存长度与间隔均可以灵活设定;⑧追忆功能:可启/停用追忆功能，追忆数据的保存长度与间隔、以及需要追忆的变量均可以灵活设定;⑨运行状态显示:可以显示当前仿真状态、故障设置情况、运行时间、仿真速度等;⑩单步及多步执行.

3.2 操作员站和就地站

仿真系统操作员站及就地站的人机界面均采用DataView 图形软件开发. 操作员站人机界面完全仿真了仿真对象机组操作员站的运行操作界面，包括系统布置、参数显示、实时曲线、模拟量及开关量操作、控制方式、连锁保护、声光报警等与仿真对象机组完全一致，操作及参数显示的实时性与仿真对象机组相符.就地站人机界面风格、系统布置与操作员站一致，能够实现仿真对象机组单元控制室以外炉、机、电等系统的手动操作及相关数据监视，满足仿真系统全工况下的各项操作及数据监视的要求.

4 仿真系统性能测评

4.1 模型稳态仿真

仿真机组模型的稳态仿真，主要是对垃圾焚烧发电机组100%额定负荷稳态正常运行工况进行仿真，仿真模型计算输出的主要参数与实际机组设计值的比较见表1.

表1 100%额定负荷稳态运行主要参数仿真比较

从表1 中可以看到，在经过的30 ～60 min 的稳态运行后，两者吻合得很好，稳态偏差不大于0.5%.

4.2 模型动态及事故仿真

发电机组运行的动态过程包括内外部扰动、故障、以及其他不稳定的变化过程，共选取了机组在带100%额定负荷的稳定工况下，机组降20%负荷、锅炉降20%燃料量、锅炉灭火3 种典型的扰动，测试其关键参数的变化趋势，测试结果如下.

4.2.1 机组降20%负荷

机组为100%额定负荷稳定工况，机、炉所有调节器均在自动状态，将机组负荷降至80%额定负荷，其他无任何操作，其主要参数动态趋势如图2.

图2 机组降20%负荷扰动的动态趋势曲线

4.2.2 锅炉降20%燃料量

机组为100%额定负荷稳定工况，机、炉所有调节器均在自动状态，将锅炉燃料量降至80%额定燃料量，汽轮机调节阀开度不变，其主要参数动态趋势如图3.

图3 锅炉降20%燃料量扰动的动态趋势曲线

4.2.3 锅炉灭火

机组为100%额定负荷稳定工况，机、炉所有调节器均在自动状态，锅炉手动MFT，汽机不跳闸.

测试结果表明，在相同的操作条件下，主要参数动态趋势正确，动态精度、实时性高，动态偏差不大于2%(相对监测参数的变化量程而言). 各专业的仿真模型采用实时计算的动态模型，快过程模型运算的周期≤0.2 s，最小0.05 s;慢过程模型运算周期≤1 s;可以很好的满足热力系统动态计算的要求.

5 结束语

该仿真系统是对垃圾焚烧发电机组的生产过程1:1 的全范围、全过程仿真.能够满足垃圾焚烧炉发电机组的设计优化、运行指导和人员培训等的需求.通过对垃圾焚烧发电机组运行人员的培训，可以有效地提高运行人员的水平，减少事故的发生;在仿真系统上进行相关的仿真试验，可以优化垃圾焚烧发电机组的设计.在一定程度上可以促进国内垃圾炉电站运行技术的发展，对于减少垃圾污染，节能减排具有重要意义.

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