一种煤气电厂数字孪生控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种煤气电厂数字孪生控制系统，数字孪生控制系统包括仿真建模单元、就地操作单元、虚拟DCS单元和平台控制单元。本发明专利技术的数字孪生控制系统能够将现实中的电厂映射到虚拟系统中，通过数学模型的方式进行等同运行；能够真实模拟现场环境，并且有关环境参数对机组运行带来的影响也有真实、正确的反映；能够达到培训操作人员的目的。本发明专利技术的虚拟DCS单元所采用的的软件系统与现实中的DCS控制系统相同，减少了系统翻译和编辑时间，有利于降低维护成本，后期使用时更加稳定，减少出错概率。出错概率。出错概率。

【技术实现步骤摘要】
一种煤气电厂数字孪生控制系统


[0001]本专利技术涉及电厂模拟控制系统
，具体涉及到一种煤气电厂数字孪生控制系统。

技术介绍

[0002]电厂一般是指利用燃料进行燃烧产生的热能进行加热水，使得水变成高温高压的水蒸气，推动汽轮机运转产生电能。电厂的主要设备一般包括燃烧系统、汽水系统、电气系统和控制系统。燃烧系统主要以锅炉为主，将燃料进行充分燃烧产生热能，汽水系统一般主要包括各类泵、给水加热器、凝气装置、各类管道和水冷装置组成，电气系统以汽轮发电机和变压器等电力电压设备为主。电厂的各个物理系统的划分，可以根据设备集成进行划分，也可以根据功能进行划分。
[0003]电厂的操作是一个复杂的过程，其涉及到的参数工况非常多，操作人员在上岗前必须要经过实际培训，为了能够满足培训工作，现有技术中已经开发了通过模拟仿真系统软件平台等模拟真实操作，人员首先在仿真系统上进行训练，训练合格后再进入实地操作。
[0004]目前国内大部分发电系统进行系统的数字孪生，是采用翻译的方式实现，因为各厂家提供的系统或者软件与数字孪生机理模型平台之间无法直接通讯，需要在模型平台上将各厂家提供的控制系统或者软件，按照该模型平台所有的画面、逻辑等进行表述出来，翻译后的控制系统或者软件能够在模拟机系统中应用，实现和原来各个厂家同样的功能。翻译的系统或软件的性能和逼真度与实际机组趋近于相同，但是肯定有一定差别，并且其维护性很差、成本高、耗时耗力。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种煤气电厂数字孪生控制系统。
[0006]为达上述目的，本专利技术的一个实施例中提供了一种煤气电厂数字孪生控制系统，数字孪生控制系统包括仿真建模单元、就地操作单元、虚拟DCS单元和平台控制单元；
[0007]仿真建模单元；根据电厂的物理构架，将电厂的所有物理系统进行仿真建模，建立电厂的数字仿真模型，电厂的物理系统包括燃烧系统、汽水系统、发电系统和辅助系统；数字仿真模型配置有每个物理系统的控制逻辑和运行程序，该控制逻辑与运行程序与真实的物理系统保持一致；
[0008]网络数据库；存储、编辑和运算仿真虚拟系统的工况数据和参数；
[0009]就地操作单元；就地操作单元对机组启、停或事故处理过程中对就地操作设备的操作过程进行模拟和仿真；
[0010]仿真建模单元和就地操作单元将信号传输至虚拟DCS单元，虚拟DCS单元将控制信号下发至仿真建模单元，仿真建模单元根据下发的数据进行模拟运算；
[0011]虚拟DCS单元包括DCS控制模块、操作员模块和工程师模块；虚拟DCS单元采用与真实DCS相同的软件；DCS控制模块用于模拟对仿真建模单元中的虚拟物理系统下发控制指
令，仿真建模单元中的虚拟物理系统根据接收到的控制指令，按照预设的控制逻辑和运行程序模拟电厂运行；
[0012]平台控制单元包括孪生系统控制模块、操作员管理模块和信息管理模块；
[0013]孪生系统控制模块用于控制整个系统的工作状态和运行数据；
[0014]操作员管理模块用于对操作员模块进行管理；
[0015]信息管理模块用于对相关信息在显示器上进行显示。
[0016]本专利技术优化的方案中，平台控制单元还包括图形化建模组态模块，图形化建模组态模块能够根据用户操作指令生成对应的组态模型，并根据该组态模型进行可视化显示。
[0017]本专利技术优化的方案中，虚拟DCS单元中的工程师模块根据编辑指令在虚拟DCS单元中进行组态，构建成系统组态数据库，系统组态数据库中包括逻辑组态、图形组态、设备组态、报表组态、服务器算法组态和维护功能组态。
[0018]本专利技术优化的方案中，平台控制单元中孪生系统控制模块的控制内容包括：启动停止整个系统、初始工况的选择、运行的冻结与解冻、工况的存储和调用、设置故障、参数修改、远程操作功能和在线帮助。
[0019]本专利技术优化的方案中，操作员管理模块用于对操作员模块进行管理，包括采集操作员模块的操作数据、构建培训项目，设定操作员模块的培训内容和运行工况。
[0020]本专利技术优化的方案中，信息管理模块将获取的操作员模块、仿真建模单元、虚拟DSC单元和网络数据库按照预设组态进行汇总统计显示。
[0021]本专利技术优化的方案中，电厂的虚拟物理系统和实际的物理系统所监测的工况参数类型保持一致，工况参数包括主要运行参数和次要运行参数；
[0022]其中主要运行参数包括：主蒸汽流量、主蒸汽压力温度，再热蒸汽压力温度、给水流量、凝结水流量、电功率、高压和低压蒸汽流量、过热器出口温度压力、高压缸入口蒸汽温度和压力、高压缸第一级压力、汽机转速、总燃料量、再热器出口温度和压力以及锅炉管壁温；
[0023]其中次要运行参数包括：锅炉烟道内各段烟温、烟气含氧量、加热器出口工质温度、汽机各段抽汽压力、高压缸排汽压力和中压缸进汽压力、温度及流量、除氧器工作压力及温度、发电机定子电压、电流、铁芯温度、发电机励磁电压、电流、定子线圈出水温度以及旁路的蒸气流量。
[0024]本专利技术优化的方案中，工况参数还包括一般运行参数，一般运行参数包括：过热器管壁温、辅机轴承温度、减温水阀开度、汽轮机胀差和润滑油温油压、控制油温度压力、调节汽门开度、瓦振动值、轴向位移、汽缸金属温度、辅机电流以及厂用电电压。
[0025]本专利技术的优化方案中，还包括检验系统准确性的校验模块，校验模块包括现场参数采集单元、仿真参数采集单元和稳定系数计算单元，现场参数采集单元采集电厂实际的运行参数，仿真参数采集单元采集数字孪生控制系统对应的运行参数，稳定系数计算单元用于计算各组运行参数的总稳定系数；
[0026]稳定系数计算单元包括分类子单元、矩阵生成子单元；单项稳系数计算子单元和总稳定系数计算子单元；其中，
[0027]分类子单元将运行参数进行分类，分成主要运行参数、次要运行参数和一般运行参数；
[0028]矩阵生成子单元与分类子单元进行连接，调取某个时间段内连续采集的同类的n组运行参数，每组运行参数中包括m个独立的运行参数，每个运行参数对应不同的设备或信号；将需要计算单项稳定系数的同类运行参数建立参数矩阵，获得n行m列的初始参数矩阵；初始参数矩阵中的列为连续时间内不同时间点获取的同一运行参数的值，参数矩阵中的行为同一时间点上不同运行参数的值；
[0029]单项稳系数计算子单元根据生成的初始参数矩阵，计算同一时间段中电厂实际运行参数所生成的初始参数矩阵的秩R(A1)；计算同一时间段中仿真系统对应的运行参数所生成的初始参数矩阵的秩R(A2)；R(A2)与R(A1)的差值绝对值与R(A1)的比值K为单项稳定系数：
[0030]K值越大表示稳定程度越低；
[0031]总稳定系数计算子单元获取同一时间内每个单项稳系数计算子单元的计算结果，包括主要运行参数、次要运行参数和一般运行参数的单项稳定系数K1、K2和K3，根据以下公式计算总稳定系数
[0032]综上所述，本专利技术具有以下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤气电厂数字孪生控制系统，其特征在于：所述数字孪生控制系统包括仿真建模单元、就地操作单元、虚拟DCS单元和平台控制单元；仿真建模单元；根据电厂的物理构架，将电厂的所有物理系统进行仿真建模，建立电厂的数字仿真模型，所述电厂的物理系统包括燃烧系统、汽水系统、发电系统和辅助系统；数字仿真模型配置有每个物理系统的控制逻辑和运行程序，该控制逻辑与运行程序与真实的物理系统保持一致；网络数据库；存储、编辑和运算仿真虚拟系统的工况数据和参数；就地操作单元；就地操作单元对机组启、停或事故处理过程中对就地操作设备的操作过程进行模拟和仿真；仿真建模单元和就地操作单元将信号传输至虚拟DCS单元，虚拟DCS单元将控制信号下发至仿真建模单元，仿真建模单元根据下发的数据进行模拟运算；虚拟DCS单元包括DCS控制模块、操作员模块和工程师模块；虚拟DCS单元采用与真实DCS相同的软件；DCS控制模块用于模拟对仿真建模单元中的虚拟物理系统下发控制指令，仿真建模单元中的虚拟物理系统根据接收到的控制指令，按照预设的控制逻辑和运行程序模拟电厂运行；平台控制单元包括孪生系统控制模块、操作员管理模块和信息管理模块；孪生系统控制模块用于控制整个系统的工作状态和运行数据；操作员管理模块用于对操作员模块进行管理；信息管理模块用于对相关信息在显示器上进行显示。2.如权利要求1所述的煤气电厂数字孪生控制系统，其特征在于：所述平台控制单元还包括图形化建模组态模块，图形化建模组态模块能够根据用户操作指令生成对应的组态模型，并根据该组态模型进行可视化显示。3.如权利要求1所述的煤气电厂数字孪生控制系统，其特征在于：所述虚拟DCS单元中的工程师模块根据编辑指令在虚拟DCS单元中进行组态，构建成系统组态数据库，所述系统组态数据库中包括逻辑组态、图形组态、设备组态、报表组态、服务器算法组态和维护功能组态。4.如权利要求1所述的煤气电厂数字孪生控制系统，其特征在于：所述平台控制单元中孪生系统控制模块的控制内容包括：启动停止整个系统、初始工况的选择、运行的冻结与解冻、工况的存储和调用、设置故障、参数修改、远程操作功能和在线帮助。5.如权利要求1所述的煤气电厂数字孪生控制系统，其特征在于：所述操作员管理模块用于对操作员模块进行管理，包括采集操作员模块的操作数据、构建培训项目，设定操作员模块的培训内容和运行工况。6.如权利要求1所述的煤气电厂数字孪生控制系统，其特征在于：所述信息管理模块将获取的操作员模块、仿真建模单元、虚拟DSC单元和网络数据库按照预设组态进行汇总统计显示。7.如权利要求1所述的煤气电厂数字孪生...

【专利技术属性】
技术研发人员：何一鸣，万铭，张晋秋，徐治富，欧强，褚宏豪，
申请(专利权)人：四川川锅环保工程有限公司，
类型：发明
国别省市：