专利名称：发电机组及发电厂仿真系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种仿真系统，特别是涉及一种发电机组及发电厂仿真系统。
目前国内外均有关于发电机组(包括火电、水电和核电机组)仿真系统的研究报道，并在国内外安装使用。但在国内外的发电机组仿真系统中，对发电机组所接入的电网部分都毫不例外地作为无穷大电网处理。在电力工业的实际生产过程中，发电机组，特别是大型发电机组所接入的电网都不是无穷大电网。尤其是在我国及发展中国家，电网容量一般都在20000MW以下，大型发电机组容量却在200MW以上。大型发电机组所接入的电网完全不具备无穷大电网的性质。现有发电机组的仿真系统，如《华北电力学院学报》1992、4报导的“宁夏大坝300MW机组全仿真机”，《河南电力》1990、4报导的“火电机组仿真机”，以及我国从美国、日本、法国全套引进的火电机组和核电机组仿真系统中，都只仿真了发电机组部分，而把发电机组接入的电网作为无穷大电网处理。对电网的运行结线和运行特征没有进行仿真。例如在我国已使用的主要有1988年从美国全套进口的300MW火电机组仿真系统，安装在北京电力高等专科学校，模拟对象是，山东石横电厂300MW单元式燃煤机组。该仿真系统只仿真了火电机组部份，包括计算机软硬件设备及仿真软件支撑系统，与其连接的运行技术研究软件包，发电机组仿真软件、教练员工作站设备、工程师终端设备、监控计算机设备、计算机外部设备、音像仿真设备，发电机组仿真控制盘台、发电机组就地操作仿真显示器等。对电网的运行结线和运行特征没有进行仿真，因此不能体现火电机组和电网相互作用、相互影响的运行特征。既不能体现电网频率、电压变化，电网异常运行及故障等对发电机组的影响;也不能体现发电机组不同运行状况，发电机组异常运行和故障等对电网的影响。
本发明的目的在于解决现有的发电机组仿真系统没有解决的发电机组所接入的电网的仿真问题，提供一种包括发电机组及发电厂电网部分的发电机组及发电厂仿真系统。
本发明发电机组及发电厂仿真系统中，设所仿真的发电机组(火电机组、水电机组、核能发电机组)为A，该台发电机组A所在发电厂所运行和管理的电网部份为B，A、B两部分之外并与B部分相连接的其它电网部分为C，它包括了很大范围内的若干发电厂、变电站、输电线路及负荷。在B、C两部分之间，通过若干条输电线路相连。由A、B、C三部分构成了一个完整的电网。本发明将现有技术中的仿真范围从A增加到(A+B)，且(A+B)具有(A+B+C)的实际运行特征。这部份的设计原理是，1)用已经考核通过的、能计算出电网实际运行特征(包括潮流、稳定和短路)的计算机离线计算程序，在通用计算机上计算出包括(A+B+C)在内的全部电网的实际运行特征，并取出表征(A+B)部分实际运行特征的计算数据。其中一些主要计算数据是A的有功功率p，无功功率Q及A故障对B的频率f、母线电压U、以及对B的潮流分布和稳定性的影响关系;B的f、U变化及B短路或稳定性破坏，对A的P、Q及运行状态的影响关系;B在不同运行方式或倒闸操作情况下，B各部分潮流分布的变化和对B的稳定性的影响关系。
2)用数据处理的方法，在通用计算机上，把第1)步得到的计算数据转变为相应的数学表达式yi＝fi(x1、x2)(i＝1.2……n)，式中n为表征(A+B)部分实际运行特征的表达式个数，根据仿真系统对仿真程度的要求决定。一般情况下10≤n≤30。yi、x1、x2为表示发电机组和发电厂电网部分运行特征的参数，如P、Q、f、U及时间t等。
3)使用现有大型发电机组仿真系统已有的计算机系统，仿真软件支撑系统等仿真技术和方法，将第1)、2)步得到的数学表达式yi＝fi(x1、x2)(i＝1、2……n)加上新增加的B部份的逻辑、报警、同期等仿真要求，采用大型发电机组仿真系统普通采用的高级计算机语言和模块化、结构化、标准化的建模方式，建立发电厂电网部分B的数学模型软件，扩充和完善发电机组A的数学模型软件。经调试修改和验证后，得到本发明仿真系统的最终数学模型软件。实现了对(A+B)进行仿真，并使(A+B)具有在(A+B+C)条件下实际运行特征的仿真结果。
本发明发电机组及发电厂仿真系统是这样实现的，包括计算机系统软、硬件设备，与其连接的发电机组仿真控制盘台，发电机组仿真软件，教练员工作站设备及工程师终端设备，发电厂电网部分仿真控制盘台及发电厂电网部分仿真软件。计算机系统软、硬件设备可配置仿真软件支撑系统，并使计算机系统软、硬件设备及仿真软件支撑系统与上述各设备连接。其作用是便于建立、调试、修改和扩充仿真软件，为整个仿真系统的研制和运行使用提供良好的人机界面和有力的工具。并使发电机组仿真软件和发电厂电网部分仿真软件实现结构化、标准化、模块化和部分自动化的软件建立、调试过程和成果。其中计算机系统软、硬件设备及仿真软件支撑系统包括计算机主机设备、计算机操作系统、实用程序、仿真工具软件等，其实时性、速度、内存等指标应满足本仿真系统的要求;发电机组仿真控制盘台按照所选择的仿真对象，以一个单元机组的真实控制盘台为参照物进行设计和研制;发电厂电网部分仿真控制盘台，以发电机组所在发电厂电网部分的真实控制盘台作参照物，进行设计和研制;发电机组仿真软件是按照所仿真的发电机组仿真范围和仿真程度要求，根据发电机组的设计资料和运行特征研制的一套数学模型软件，本发明对现有发电机组仿真软件进行了扩充和完善，体现了电网与发电机组之间相互作用、相互影响的运行特性;教练员工作站设备可以用操作键盘和计算机显示器实现，也可以用微机实现。承担对运行人员进行仿真培训和考核的教练员，通过操作键盘或微机对计算机系统设备输入各种控制信号，以控制本仿真系统的开、停，各种运行工况初始状态的变换和加入各种事故等。同时通过计算机显示器或微机显示器接收由计算机系统设备输出到教练员工作站设备的各种信号，供教练员监视并据此对本仿真系统进行控制;工程师终端设备是连接到计算机系统软、硬件设备上的计算机显示器，用于本仿真系统作离线或在线调试、修改、扩充仿真软件使用;发电厂电网部分仿真软件是按照所仿真的发电厂电网部分的仿真范围和仿真程度要求，根据全部电网，即包括所仿真的发电机组、发电厂电网部分和电网的其它部分(即前述(A+B+C))的设计资料和运行特征，研制的针对所仿真发电厂电网部分的一套数学模型软件。
本发明发电机组及发电厂仿真系统的计算机系统软、硬件设备和仿真软件支撑系统还可连接运行技术研究站设备、监控计算机设备、计算机外部设备及音像仿真设备。其中运行技术研究站设备是专用于本仿真系统进行科学研究的设备;监控计算机设备是用于仿真发电机组和发电厂电网部分监控计算机功能的设备;计算机外部设备是用于计算机输出或外存的设备，如打印机、绘图仪、磁盘机及磁带机等;音像仿真设备是专用于仿真发电机组，如火电机组的锅炉燃烧火焰、汽包水位、以及设备运行和事故情况下的音响的设备。运行技术研究站设备和监控计算机设备的工作方式同教练员工作站设备，通过操作运行技术研究站设备或/和监控计算机仿真设备的输入设备，对计算机系统输入控制信号，以控制本发明仿真系统进行运行技术研究的内容和监控计算机仿真的功能要求。经过计算机系统软、硬件设备，仿真软件支撑系统，发电机组仿真软件及发电厂电网部分仿真软件进行运算和处理后，在运行技术研究站设备或/和监控计算机仿真设备的输出设备上进行显示、打印或绘图，取得工作结果。
本发明发电机组及发电厂仿真系统的计算机系统软、硬件设备和仿真软件支撑系统还可连接发电机组就地操作仿真盘和发电厂电网部分就地操作仿真盘。发电机组就地操作仿真盘与发电机组仿真控制盘台的功能及原理一致。发电厂电网部分就地操作仿真盘与发电厂电网部分仿真控制盘台的功能及原理一致。这两种就地操作仿真盘分别用于对发电机组仿真控制盘台和发电厂电网部分仿真控制盘台以外的就地操作设备，如火电厂的阀门、档板、泵、风机和隔离开关等的仿真。在扩充配置发电机组就地操作仿真盘和发电厂电网部分就地操作仿真盘之后，使本仿真系统在仿真范围和仿真功能上，达到了和实际生产过程完全一致的程度。
本发明发电机组和发电厂仿真系统中的发电机组就地操作仿真盘、发电机组仿真控制盘台、发电厂电网部分就地操作仿真盘、发电厂电网部分仿真控制盘台可以是虚拟盘台，即用计算机显示器实现。也可以是真实的控制盘台，此时就在计算机系统软、硬件设备及仿真软件支撑系统与真实的控制盘台之间，设置用于其间进行信号转换和传递的I/O接口设备。
本发明发电机组和发电厂仿真系统中的I/O接口设备还可扩充配置照明仿真设备及发电机和电网的同期仿真设备。用于实现发电机组集控室照明系统、发电机组同期系统和发电厂电网部分同期系统的仿真。
本发明发电机组和发电厂仿真系统的优点在于，解决了现有发电机组仿真系统不能体现电网频率、电压变化，电网异常运行及故障等对发电机组的影响问题，以及不能体现发电机组运行状况的变化，发电机组异常运行和故障对电网影响的仿真问题。该仿真系统不仅能对大型发电机组的运行人员在仿真系统上进行培训和考核，还可对发电厂的值长、网控系统的运行人员，以及变电站运行人员在仿真系统上进行培训和考核，使其掌握相应的操作技能和事故处理的应变能力，保证发电机组和电网的安全、优质及经济运行。
下面结合附图详细说明本发明实施例
图1本发明基本仿真系统示意2本发明实施例仿真系统示意3发电厂电网部份仿真控制盘台的基本盘面示意4发电厂电网部分就地操作仿真盘基本盘面示意5本发明仿真系统输入一输出工作过程示意6本发明计算机程序流程图。
本发明发电机组及发电厂仿真系统(实施例为330MW火电机组及该火电机组接入的220千伏电网部份)包括计算机系统软、硬件设备(3)和仿真软件支撑系统(12)与其连接的运行技术研究站设备(14)，发电机组仿真软件(6)、教练员工作站设备(4)工程师终端设备(5)、发电厂电网部分仿真软件(7)、监控计算机设备(16)、计算机外部设备(13)及音像仿真设备(15)。计算机系统软、硬件设备(3)和仿真软件支撑系统(12)通过I/O接口设备(17)还连接有发电机组就地操作仿真盘(8)、发电机组仿真控制盘台(1)，发电厂电网部分就地操作仿真盘(9)、发电厂电网部分仿真控制盘台(2)、照明仿真设备(10)及发电机和电网同期仿真设备(11)。其中发电厂电网部分仿真控制盘台和发电厂电网部分就地操作仿真盘的基本盘面布置包含了两台发电机组，[(1)号发电机组和(2)号发电机组]，其中一台为被仿真的大型发电机组，两条输电线路[(1)号馈电线路和(2)号馈电线路]和两条母线[(1)段母线和(2)段母线]带母联开关的发电厂电网部分的盘台盘面。发电厂电网部份仿真控制盘台的基本盘面(见图3)包括(1)、(2)号发电机组，(1)、(2)号馈电线路及母联开关的断路器在盘台上的控制开关(18)、(21)、(28)、(32)、(24);(1)、(2)号发电机组，(1)、(2)号馈电线路及母联开关的隔离开关在盘台上的远方操作控制开关的位置指示器(19)、(22)、(29)、(30)、(33)、(34)、(25)、(26);(1)、(2)号发电机组，(1)、(2)号馈电线路及母联开关的同期系统投入开关(20)、(23)、(31)、(35)、(27);(1)、(2)号发电机组，(1)、(2)号馈电线路及母联开关的电流表(37)、(39)、(36)、(40)、(38);(1)、(2)段母线的电压表及其转换开关(41)、(43)及(42)、(44);(1)、(2)段母线的电网频率表(45)、(46);(1)、(2)号发电机组、(1)、(2)号馈电线路、(1)、(2)段母线及母联开关的故障报警光字牌(48)、(50)、(47)、(51)、(49);同期系统指示仪表(52);同期系统的投入和工作方式选择控制开关(53)、(54)、(55)。在盘台后面还装设有用于故障报警的电笛或电铃。发电厂电网部分就地操作仿真盘的基本盘面(见图4)布置设备与发电厂电网部分仿真控制盘台的基本盘面布置设备一一对应。包括(1)、(2)号发电机组，(1)、(2)号馈电线路及母联开关的断路器在盘上的显示器(56)、(58)、(63)、(66)、(60)，分别与发电厂电网部分仿真控制盘台上相应的控制开关(18)、(21)、(28)、(32)、(24)对应;(1)、(2)号发电机组、(1)、(2)号馈电线路及母联开关的隔离开关在盘台上的远方操作控制开关(57)、(59)、(64)、(65)、(67)、(68)、(61)、(62)，分别与发电厂电网部分仿真控制盘台相应的远方操作控制开关的位置指示器(19)、(22)、(29)、(30)、(33)、(34)、(25)、(26)对应。
本发明发电机组及发电厂仿真系统的输入一输出工作过程(见图5)是，仿真系统运行时，被培训或考核的运行人员或生产管理人员，就如同在实际发电机组和发电厂一样，对设备(1)或/和(2)或/和(8)或/和(9)或/和(10)或/和(11)或/和(16)进行监视和操作。操作的信号通过设备(17)或直接进入设备(3)。经过计算机系统软、硬件设备(3)、发电机组仿真软件(6)、发电厂电网部份仿真软件(7)对输入信号进行运算和处理后，将结果迅速通过(17)或直接输出到设备(1)、(2)、(8)、(9)、(10)、(11)、(16)和(15)上，使被培训或考核的人员了解这些设备的运行工况和声、光、图象等信号变化，如同在实际发电机组和发电厂应当发生的变化一样。被培训或考核的人员，在对新的工作状态作出判断后，又进行下一步操作，持续运行下去。本仿真系统在进行人员培训和科学研究的实时环境下其工作过程是1.在教练员工作站设备(4)的控制下，使本仿真系统进入在某种运行工况下的实时工作状态，即某种与实际的发电机组和发电厂电网部分几乎一模一样的工作状态，其中包括某种事故状态。
2.运行人员在(1)和/或(8)和/或(2)和/或(9)和/或(10)和/或(11)和/或(16)上进行操作，产生的模拟量和开关量信号送入计算机系统软、硬件设备(3)中。
3.发电机组仿真软件(6)、发电厂电网部份仿真软件(7)、监控计算机仿真软件(16)、教练员工作站软件(4)、运行技术研究站软件(14)一直在设备(3)中运行，对输入设备(3)的信号进行运算和处理，一般在1秒内完成一次全部数据的运算和处理，并刷新输出数据的全过程。
4.第3步的计算处理结果，由设备(3)送回到发电机组仿真控制盘台(1)、发电机组就地操作仿真盘(8)、发电厂电网部份仿真控制盘台(2)、发电厂电网部份就地操作仿真盘(9)、照明仿真设备(10)、发电机和电网同期仿真设备(11)，教练员工作站设备(4)、运行技术研究站设备(14)、音像仿真设备(15)、监控计算机仿真设备(16)、计算机外部设备(13)中，其相应仪表指示、显示器画面、信号、灯光、音响等出现与实际生产过程中应当出现的状态变化几乎一模一样的相应变化，即在设备(4)上显示用于教练员监视的相应信号，在设备(14)上显示科学研究的结果信号，在设备(15)、(16)和(13)上输出音像、监控计算机仿真和打印存储信号。通过以上四项步骤完成本仿真系统的一个工作过程。该过程完成的时间，几乎与实际生产过程完成的时间一样。本仿真系统在进行调试、修改或扩充仿真软件的环境下(可以是实时环境，也可以是非实时环境)，其工作过程是1)如果是实时环境，需在前述工作过程中第三步之前，增加一项从工程师终端设备(5)上的输入信号。当设备(3)、(6)、(7)、(16)、(14)接收到设备(5)的信号后，进行信号处理，并实现对软件(6)、(7)、(16)、(14)的调试、扩充或修改，其结果又送回到设备(5)中显示，此时设备(1)、(2)、(4)、(8)、(9)仍然在工作。由于设备(1)、(2)、(4)、(8)和(9)比设备(5)排在设备(3)上的更高优先级，故设备(3)、软件(6)、(7)、(16)和(14)将优先完成由设备(1)、(2)、(4)、(8)和(9)的输入信号要求的工作。因而设备(5)的输入信号不影响本仿真系统的实时运行。2)如果是非实时环境，即停止了设备(4)、(1)、(2)、(8)、(9)的实时运行任务，则由设备(5)与设备(3)、(4)、软件(6)、(7)、(16)和(14)直接进行仿真软件调试，修改和扩充即可。
本发明发电机组及发电厂仿真系统计算机程序流程(见图6)是，程序启动后，首先判断是否同时运行发电机组和发电厂电网部份的仿真软件。如否，则只运行发电机组仿真软件。这时，必须首先置入电网频率f，电网母线电压V为常数，且在发电机组仿真软件运行过程中，f和V的值不变。这表明发电机组所接入的电网为无穷大电网;如是，则把包括电网频率f和电网母线电压V在内的所有变量赋予初始数值，即数据库初始化。数据库所有变量的值，包括f和V，在程序运行中，均要发生变化。数据库的值经本程序运行和数据处理后，将在相应的技术硬件上，显示出其运行状态。例如仪表的指示，灯光的亮、暗及各种显示器的画面等。运行人员可根据生产过程的需要，任意操作发电机组和发电厂电网部份的控制盘台及相应的就地盘。即对生产过程进行控制时，本计算机程序立即读入相应的数据，刷新数据库，开立即进行程序的运行和处理。如果正确操作，则进入新的正常运行状态的数据存储、显示和打印，刷新数据库，并在相应的技术硬件上，显示出其运行状态。如果是错误操作，则进入异常或故障运行状态的数据存储，显示和打印，同时报警系统工作。例如电笛，电铃等报警音响发声，灯光闪光，报警显示和报警打印机动作等。相应的技术硬件上，也显示出异常或故障的运行状态。除了运行人员的操作之外，本计算机程序还能在教练员工作站的控制下，实现对初始化运行状态的重新设置，改变外部参数和设置故障运行状态等。本程序执行完任何工作过程后，都可回到程序“数据库初始化”的始端，继续重新进行判断和工作，周而复始地执行，直至停机为止。
权利要求
1.一种发电机组及发电厂仿真系统，包括计算机系统软、硬件设备，与其连接的发电机组仿真控制盘台、发电机组仿真软件、教练员工作站设备及工程师终端设备，其特征在于与计算机系统软、硬件设备还连接有发电厂电网部份仿真控制盘台及发电厂电网部份仿真软件。
2.如权利要求1所述的发电机组及发电厂仿真系统，其特征在于计算机系统软、硬件设备配置有仿真软件支撑系统，并与发电机组仿真控制盘台，发电厂电网部分仿真控制盘台、发电机组仿真软件、教练员工作站设备、工程师终端设备、发电厂电网部分仿真软件相连接。
3.如权利要求1或2所述的发电机组及发电厂仿真系统，其特征在于计算机系统软、硬件设备及仿真软件支撑系统还连接有运行技术研究站设备、音像仿真设备、监控计算机设备和计算机外部设备。
4.如权利要求3所述的发电机组及发电厂仿真系统，其特征在于计算机系统软、硬件设备及仿真软件支撑系统，还连接有发电机组就地操作仿真盘和发电厂电网部分就地操作仿真盘。
5.如权利要求4所述的发电机组及发电厂仿真系统，其特征在于发电机组仿真控制盘台，发电厂电网部分仿真控制盘台、发电机组就地操作仿真盘及发电厂电网部分就地操作仿真盘是计算机显示器。
6.如权利要求4所述的发电机组及发电厂仿真系统，其特征在于发电机组仿真控制盘台、发电厂电网部分仿真控制盘台、发电机组就地操作仿真盘及发电厂电网部分就地操作仿真盘是真实的控制盘台，并在计算机系统软、硬件设备与上述仿真控制盘台和就地操作仿真盘之间设置有I/O接口设备。
7.如权利要求6所述的发电机组及发电厂仿真系统，其特征在于与I/O接口设备还连接有照明仿真设备及发电机和电网同期仿真设备。
全文摘要
本发明提供一种发电机组及发电厂仿真系统，包括计算机系统软、硬件设备，与其连接的发电机组仿真软件及控制盘台、教练员工作站设备、工程师终端设备、发电厂电网部分仿真软件及控制盘台等。不仅可对发电机组的运行人员和生产管理人员在仿真系统上进行培训和考核，还可对发电厂的值长、电网系统的运行人员、变电站的运行人员，以及生产管理人员在仿真系统上进行培训和考核。
文档编号G06F17/00GK1109986SQ95104488
公开日1995年10月11日 申请日期1995年4月4日 优先权日1995年4月4日
发明者林浩垣, 方文弟, 郭成霖, 陶森林, 邹振宗, 汪涵, 张晓明, 陈苑文, 罗大富, 左云 申请人:四川省电力工业局