仿真技术在我国电力工业中的发展及应用

200MW的大型火电机组，到1990年已经有142台在运行中。随着电网容量的增大，到90年代我国大型火电厂安装的主力机组单机容量则以300MW－600MW大型机组为主，甚至800MW也已经开始安装。第八个五年计划里发电机组的年装机容量为1800万千瓦，到1996年，300MW－600MW的机组已达90台，而且大部分是引进的外国先进设备。它们的自动控制系统也都是采用计算机分散控制系统（DCS），运行人员要掌握这些机组的运行技术是具有较高难度的。

　　由于我国一次能源的蕴藏量以煤最为丰富，每年大约有12亿吨原煤的产量。其中约5亿吨用于发电，只有少量火电厂采用石油或天然气作燃料。因此，我国火电厂的结构是以燃煤机组为主。燃煤电厂的煤粉制备、烟气除尘、除硫和燃煤过程减少氮的氧化物生成等都给发电设备的结构和热力系统带来了复杂性、技术困难和高投资。

2.2　电厂仿真培训的必要性

　　早在70年代中期，我国电力工业第一次较大规模从西方发达国家引进4个大型火电厂，它们分别是元宝山电厂法国300MW燃煤机组、大港电厂意大利350MW燃油机组、陡河电厂引进日本200MW燃煤机组、清河电厂为苏联200MW燃煤机组。它们都是超高压（蒸汽压力为13MPa）或亚临界（蒸汽参数17MPa）机组，具有蒸汽再过热系统。它们的自动控制系统主要采用了机、炉协调控制和计算机监控。这些特点反映了当时的世界火电机组的先进水平。在建厂过程中，就已经掌握这些新型机组运行技术问题摆在了电力部门领导面前。在国内进行理论培训和派人到国外去进行培训的同时，也在考虑如何发展中国自己的发电厂仿真培训技术。

　　1975年美国联邦能源部提出的安全性专题报告中就已经指出：“电厂的可靠性可以由改进设计和加强维护来改善，但是它只占可靠性的20－30%。另外70－80%依靠于运行人员。”

　　1988年清华大学曾对国内电厂运行人员进行过调查，结果是：某电厂未经过仿真培训的一组运行人员在200MW机组上连续18个月内出现过七次事故，其中六次未能正确操作处理而被迫停机，有一次事故中造成人员受伤，另一次事故中造成停机长达15天之久。另一个电厂在10个月内发生过四次甩负荷事故，但它是由参加过仿真培训的运行人员操作的。他们的炉、机、电运行人员互相配合，均能正确地处理事故。还有一个电厂在11个月内发生五次事故，包括保护动作、甩负荷、锅炉灭火等，也是由经过仿真培训的人员操作的，结果是有四次能够很快消除事故，十分钟内恢复正常生产。这些资料说明仿真培训对电力生产的安全性起着至关重要的作用。

2.3　中国火电厂培训仿真机从科研到产品的发展过程

2.3.1　从科研开始独立发展中国的电厂系统仿真技术及培训用仿真机

　　随着数字式计算机的发展，世界上工业发达的国家，经过一个10多年的研究过程，于1971年几乎同时在英国、美国、日本出现了实用性的火电仿真培训系统。如1971年美国加利福尼亚州匹兹堡火电厂安装了一台750MW全机组仿真机，采用了数字式计算机；同年日本仙台火电厂安装了一台350MW机组的培训仿真机，也是采用了全数字计算机；也是同一年英国中央发电局在利兹市白宫路培训站建成了一台660MW全范围仿真机，采用的是模拟－数字混合式计算机。

　　就在70年代中期中国引进国外四台大容量、高参数、先进的发电机组的同时，北京清华大学于1975年向中国水利电力工业部建议研制中国的火电机组仿真系统，并得到水利电力工业部的批准和资金支持，开始了中国第一台“大型火电机组模拟系统”的研制。仿真对象确定为正在辽宁省朝阳发电厂运行的哈尔滨三大动力厂生产的国产第一台200MW燃煤发电机组。

　　当时我国还处于不开放年代，和国外没有深入的技术交流，只能依靠中国自己的技术力量作为一个科研项目去进行。克服了没有先进的计算机设备和软件的困难，在一台国产DJS－130型的小型计算机上，于1982年完成了中国第一台大型火电仿真系统，开始了中国自己有能力开发电厂仿真机的历史，使中国成为世界上少有的几个有能力开发此类仿真机的国家之一。因此获得电力工业部优秀科技成果一等奖和国家科学技术进步一等奖被电力部门称为中国电力培训的里程碑。利用这一台仿真机在清华大学建成了中国第一个火电运行仿真培训中心，在5年时间里为电力工业培训了约2000名运行技术人员。1984年清华大学又开始研制中国第一台完全复制哈尔滨第三发电厂200MW机组控制室的全范围高精度仿真机，于1988年完成，安装在东北电管局沈阳电力专科学校。这是中国自己成功研制和开发最早的两台适用性的火电仿真机。

2.3.2　产品推广的条件成熟

　　中国能源部于1988年在第一台完全复制控制室的全范围仿真机的安装现场召开了各省市电力局领导参加的电厂仿真机技术交流会，提出了中国有能力开发自己的电厂全范围、高精度的仿真机，决定在电力系统推广、发展和应用仿真技术。1988年10月能源部向各省市电力局及大型发电厂发出了“关于发展火电机组模拟培训装置的通知”。文件规定把仿真机列为电力工业的重要技术进步项目，抓紧规划和定点，建立200MW以上各种容量机组的仿真机，运行人员上岗前必须在仿真机进行为期不少于一个月的仿真培训，并逐步作到人员定期轮训。