国电黄金埠发电有限公司实现数字化仿真培训系统建设

项目背景

国电黄金埠发电有限公司 2×600MW 超临界燃煤机组分散控制系统（DCS）采用艾默生过程控制有限公司提供的Ovation 控制系统。其功能 包括数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统 (MCS)、炉膛安全监控系 统 (FSSS)、顺序控制系统（SCS）、汽机控制系统 DEH，电气控制系统（ECS）等。控制和监视范围包括锅炉、汽轮机、电气及辅机热力生产系统。

(1)数字化手段提升运行人员事故应急响应能力

随着电厂运行管理水平和设备健康水平的提高，发电厂设备跳闸等事 故发生的机率大大下降，使得运行值班人员无法通过实际操作来达到事故处理经验累积的目的，这也就意味着运行人员的事故处理水平会逐渐下降， 事故处理操作流程越来越不熟悉。鉴于这种情况，必须采用其他方式来提高运行人员的事故处理水平，仿真机则是最好的一种选择，通过仿真机进 行日常或针对性的事故处理训练，可以在一定程度上提高运行值班人员的事故处理水平。特别是对于日常基本不会出现的事故，可通过仿真机训练来熟悉其处理流程。

图 1: 国电黄金埠发电有限公司总貌图

(2) 提高运行人员培训效率

江西电力系统用电需求量近年来有较大幅度的提升，机组启停的次数越来越少，加上运行人员倒班特性，每年参与开停机的机会不多，甚至一 年都不能参与一次开停机操作，且开机操作历时达到 12 小时以上，每个运行人员不可能完全的经历一次开机操作，通过仿真机训练，可以使运行人员进行全程开机操作的模拟练习，熟悉开机操作的每一个步骤，不断提高操作水平，防止因操作不熟练造成对开机及时性的影响甚至事故的发生。

(3) 及时验证机组控制逻辑

公司仿真要投运前，DCS 逻辑修改后的验证工作必须要在机组停运期 间进行，那将会造成一些急需修改的逻辑不能尽早运用到系统中，使一些安全隐患不能及时消除，控制系统长时间带病运行，这对机组的稳定运行 存在威胁。公司投运了本套仿真机系统后，与热控人员使用的 DCS 最小系统结合，可以在仿真机上进行逻辑验证，提高了DCS 安全隐患消除的效率。

该项目的挑战

电厂工艺过程复杂，各工艺系统的耦合度高，且运行方式多变。如何 能高精度的模拟这些工艺系统，而不仅仅是对运行人员进行简单的起、停机培训，对仿真系统模型的精度和系统的搭建人员能力要求都是非常高。

目前很多针对电厂的传统仿真系统仍停留在基于 DCS 系统以外的独立平台进行翻译式建模，这些模型无法满足国电黄金埠发电有限公司电厂对数字化仿真培训系统的运行、热控、维护人员全员培训的要求。另外对翻译式仿真系统的维护来说，需要另行学习计算机编程和第三方平台的专门知识，对培训人员和维护人员的专业技术要求比较高，增加了学员的学习难度。

艾默生的总体解决方案

艾默生公司提供了一套完整的与实际 DCS 系统同平台的一体化嵌入式仿真系统，以实现热控、运行、维护学员快速进行培训的目的，为国电黄金埠发电有限公司的数字化仿真培训系统建设奠定了扎实的基础。

以 Ovation 控制系统为平台，采用业界领先的虚拟控制器仿真技术， 实现了仿真系统对机组范围的工艺模型、实际控制系统的 1:1 镜像复刻同平台的一体化。培训人员可以在培训室内实现在集控室内的 1:1 镜像操作培训。极大的延长了运行人员对机组运行的培训时间，提高了培训效率。

该工程在 2019 年顺利投入运行，所有的功能在试运行期间全部投入。 值得一提的是该项目亦是国内首次实现了燃煤机组仿真系统虚拟控制器与真实控制器混合应用的项目。艾默生公司把热控培训使用的 Ovation DCS 最小系统并入了仿真系统，两套系统共用相同的上位机工作站、网络设备， 热控人员可以在仿真机上进行逻辑验证，提高了 DCS 安全隐患消除的效率。

该项目在为国电黄金埠发电有限公司客户员工培训的同时，也为国内外相同配置电厂的用户带来了培训价值，促进了黄金埠电厂运行人员丰富经验的快速传递，也为电厂带来了额外的培训效益，进一步提高了仿真系统的价值。图2为某 EPC 客户筹建电厂的运行人员在接受黄金埠电厂人员 的培训。第一批学员已经结业（图 3）。

图 2: 国电黄金埠发电有限公司外方学员在培训

先进的虚拟控制器技术

虚拟控制器 VXSim 是基于微软 Windows 平台，对真实控制器内的实时操作系统 VxWork 进行 1:1 的完全模拟实现。它利用当前一流的服务器产品即虚拟主机复制传统控制系统控制器。仿真系统逻辑和算法使用在 Windows 操作系统环境中执行的同步解算器计算流体网络。每个工作站可以虚拟复制多个控制器。虚拟控制器中嵌入了基于 Ovation 的模型，因此不需要传统硬件，不影响原始控制器代码。

虚拟控制器具有真实控制器的全部功能。采用虚拟技术的仿真系统，能够直接在 Windows 操作系统的环境下，执行控制策略、算法和时间域，对控制器所执行的代码没有任何改变。

虚拟技术可以和真实控制系统之间进行任何形式的组合，来满足用户对培训、配置组态试验、事故调查和跳机预防的各种各样的配置需求。 

图 3: 国电黄金埠发电有限公司外方学员培训结业典礼

图 4: 艾默生公司 Ovation 虚拟控制器技术