項目背景

國電黃金埠發電有限公司 2×600MW 超臨界燃煤機組分散控制系統（DCS）采用艾默生過程控制有限公司提供的Ovation 控制系統。其功能 包括數據采集系統（DAS）、模擬量控制系統 (MCS)、爐膛安全監控系 統 (FSSS)、順序控制系統（SCS）、汽機控制系統 DEH，電氣控制系統（ECS）等。控制和監視范圍包括鍋爐、汽輪機、電氣及輔機熱力生產系統。

(1)數字化手段提升運行人員事故應急響應能力

隨著電廠運行管理水平和設備健康水平的提高，發電廠設備跳閘等事 故發生的機率大大下降，使得運行值班人員無法通過實際操作來達到事故處理經驗累積的目的，這也就意味著運行人員的事故處理水平會逐漸下降， 事故處理操作流程越來越不熟悉。鑒于這種情況，必須采用其他方式來提高運行人員的事故處理水平，仿真機則是最好的一種選擇，通過仿真機進 行日常或針對性的事故處理訓練，可以在一定程度上提高運行值班人員的事故處理水平。特別是對于日常基本不會出現的事故，可通過仿真機訓練來熟悉其處理流程。

圖 1: 國電黃金埠發電有限公司總貌圖

(2) 提高運行人員培訓效率

江西電力系統用電需求量近年來有較大幅度的提升，機組啟停的次數越來越少，加上運行人員倒班特性，每年參與開停機的機會不多，甚至一 年都不能參與一次開停機操作，且開機操作歷時達到 12 小時以上，每個運行人員不可能完全的經歷一次開機操作，通過仿真機訓練，可以使運行人員進行全程開機操作的模擬練習，熟悉開機操作的每一個步驟，不斷提高操作水平，防止因操作不熟練造成對開機及時性的影響甚至事故的發生。

(3) 及時驗證機組控制邏輯

公司仿真要投運前，DCS 邏輯修改后的驗證工作必須要在機組停運期 間進行，那將會造成一些急需修改的邏輯不能盡早運用到系統中，使一些安全隱患不能及時消除，控制系統長時間帶病運行，這對機組的穩定運行 存在威脅。公司投運了本套仿真機系統后，與熱控人員使用的 DCS 最小系統結合，可以在仿真機上進行邏輯驗證，提高了DCS 安全隱患消除的效率。

該項目的挑戰

電廠工藝過程復雜，各工藝系統的耦合度高，且運行方式多變。如何 能高精度的模擬這些工藝系統，而不僅僅是對運行人員進行簡單的起、停機培訓，對仿真系統模型的精度和系統的搭建人員能力要求都是非常高。

目前很多針對電廠的傳統仿真系統仍停留在基于 DCS 系統以外的獨立平臺進行翻譯式建模，這些模型無法滿足國電黃金埠發電有限公司電廠對數字化仿真培訓系統的運行、熱控、維護人員全員培訓的要求。另外對翻譯式仿真系統的維護來說，需要另行學習計算機編程和第三方平臺的專門知識，對培訓人員和維護人員的專業技術要求比較高，增加了學員的學習難度。

艾默生的總體解決方案

艾默生公司提供了一套完整的與實際 DCS 系統同平臺的一體化嵌入式仿真系統，以實現熱控、運行、維護學員快速進行培訓的目的，為國電黃金埠發電有限公司的數字化仿真培訓系統建設奠定了扎實的基礎。

以 Ovation 控制系統為平臺，采用業界領先的虛擬控制器仿真技術， 實現了仿真系統對機組范圍的工藝模型、實際控制系統的 1:1 鏡像復刻同平臺的一體化。培訓人員可以在培訓室內實現在集控室內的 1:1 鏡像操作培訓。極大的延長了運行人員對機組運行的培訓時間，提高了培訓效率。

該工程在 2019 年順利投入運行，所有的功能在試運行期間全部投入。 值得一提的是該項目亦是國內首次實現了燃煤機組仿真系統虛擬控制器與真實控制器混合應用的項目。艾默生公司把熱控培訓使用的 Ovation DCS 最小系統并入了仿真系統，兩套系統共用相同的上位機工作站、網絡設備， 熱控人員可以在仿真機上進行邏輯驗證，提高了 DCS 安全隱患消除的效率。

該項目在為國電黃金埠發電有限公司客戶員工培訓的同時，也為國內外相同配置電廠的用戶帶來了培訓價值，促進了黃金埠電廠運行人員豐富經驗的快速傳遞，也為電廠帶來了額外的培訓效益，進一步提高了仿真系統的價值。圖2為某 EPC 客戶籌建電廠的運行人員在接受黃金埠電廠人員 的培訓。第一批學員已經結業（圖 3）。

圖 2: 國電黃金埠發電有限公司外方學員在培訓

先進的虛擬控制器技術

虛擬控制器 VXSim 是基于微軟 Windows 平臺，對真實控制器內的實時操作系統 VxWork 進行 1:1 的完全模擬實現。它利用當前一流的服務器產品即虛擬主機復制傳統控制系統控制器。仿真系統邏輯和算法使用在 Windows 操作系統環境中執行的同步解算器計算流體網絡。每個工作站可以虛擬復制多個控制器。虛擬控制器中嵌入了基于 Ovation 的模型，因此不需要傳統硬件，不影響原始控制器代碼。

虛擬控制器具有真實控制器的全部功能。采用虛擬技術的仿真系統，能夠直接在 Windows 操作系統的環境下，執行控制策略、算法和時間域，對控制器所執行的代碼沒有任何改變。

虛擬技術可以和真實控制系統之間進行任何形式的組合，來滿足用戶對培訓、配置組態試驗、事故調查和跳機預防的各種各樣的配置需求。 

圖 3: 國電黃金埠發電有限公司外方學員培訓結業典禮

圖 4: 艾默生公司 Ovation 虛擬控制器技術