引言
为了优化能源结构、改善环境污染、提高发电效率，近年来我国建设了一批大型联合循环电厂。燃气-蒸汽联合循环机组不仅可用作紧急备用电源和尖峰负荷机组，而且还可带基本负荷和中间负荷运行。但目前我国还不能独立制造大型联合循环机组，主要设备仍需进口，电厂运行人员对设备操作及其特点还很不了解。受广东惠州液化天然气发电有限公司委托，北京同方电子科技有限公司为其研制开发了全范围仿真机，用于运行人员培训和工程分析。仿真机开发分2个阶段:第1阶段，在参考机组投运之前，根据参考机组的设计资料研制仿真机模型，达到对DCS进行全面检测和满足运行人员上岗前的培训要求;第2阶段，在参考机组运行稳定后，根据机组实际运行数据进行重新调试，并将投入运行的DCS升级到仿真机上。仿真机于2006年5月投入试运行，已培训学员多期，效果令人满意。
一、仿真机仿真范围与功能
1.1仿真对象
广东惠州液化天然气发电有限公司一期工程安装3台39OMW燃气-蒸汽联合循环机组。燃气轮机、汽轮机设备采用日本三菱重工公司和东方集团联合体提供的9F级燃气-蒸汽联合循环机组，一拖一单轴布置。燃气轮机型号为M7O1F，简单循环功率可达255~27OMW，第1级喷嘴入口温度1400℃，排气温度599℃。压气机为17级轴流式，压比为17。蒸汽轮机型号为TC2F-30，双缸(1高中压缸、1低压缸)，再热、凝汽式。余热锅炉为杭州锅炉集团公司引进美国N/E公司技术设计生产的三压、再热、卧式、无补燃、自然循环余热锅炉。发电机型号为390H，自并励静态励磁全氢冷。DCS(名为DiasysNetmation)由日本三菱公司提供。
1.2仿真范围
仿真机为全范围、高逼真度仿真机。模拟范围包括电厂1号燃气-蒸汽联合循环机组的燃气轮机、汽轮机、余热锅炉、发电机及其辅助系统和电厂公用系统等。
1.2.1燃气轮机系统
包括压气机、燃烧系统、燃气透平、进气系统(空气过滤器)和排气系统、燃料系统(燃料预热器)、润
滑油系统、顶轴油系统(与汽轮机共用1套系统)、液压控制油系统、机组静态启动装置(SFC)、水洗系统、盘车装置等。
1.2.2汽轮机系统
包括高、中、低压透平，蒸汽系统(包括高压、再热、中压、低压蒸汽及高、中、低压旁路系统)，给水系统，凝结水系统(包括启动除氧器)，抽真空系统，汽轮机轴封、疏水、补充水系统，汽轮机振动、胀差系统等。
1.2.3余热锅炉系统
包括高、中、低压自然循环蒸发系统(汽包、蒸发器、过热器、再热器、省煤器及再循环等)，锅炉烟气系统、疏水排污、向空排汽系统等。
1.2.4电气系统
包括发电机、励磁系统、密封油系统、氢冷系统、厂用电系统、升压站系统、直流系统等。
1.2.5公用系统
包括循环水系统、闭式循环冷却水系统、辅助蒸汽系统、启动锅炉系统、天然气调压系统、压缩空气系统、电气厂用电系统、电气升压站(GIS)监控系统等。
1.2.6其他系统
除盐水系统等。
1.3仿真机功能
1.3.1机组正常启动与停机操作培训
(1)从冷态、温态、热态到满负荷的各种启动操作。
(2)从满负荷停机到热备用或冷态各种停机操作。
(3)任意工况的稳定运行与升降负荷操作。
1.3.2紧急运行状态下操作与事故处理培训
仿真机能模拟设备故障对机组性能的影响，学员能在仿真机上进行机组紧急运行状态下的操作与事故处理演练。
1.3.3DCS逻辑组态培训
(1)仿真机可作为操作人员的控制逻辑培训工具和热控人员的DCS组态培训工具。
(2)机组投产前或DcS改造前可利用仿真机验证DCS控制逻辑的完整性与正确性。
1.3.4机组优化运行分析
运行人员能对机组各种运行方式进行分析研究，如当燃料、设备参数发生变化时机组运行特性的变化等。
1.3.5学员成绩评定
教练员站可提供多种对仿真机的监控手段及教学管理手段，用户根据需要设定学员成绩评定教案。
二、仿真机构成
39OMW联合循环发电机组仿真机硬件配置如图1所示。

图1中主要硬件设备配置及功能如下:
(1)主机:主计算机采用服务器，用于运行仿真模型。仿真主机采用高性能PC服务器作为支撑系统数据库服务器和实时模型运行服务器，同时也兼作域控制器，对所有本地的计算机进行安全管理。
(2)操作员站:用于单元机组包括燃气轮机、汽轮机、余热锅炉、电气的监视与控制(机组DCS)及公共辅机系统的监控(公用DCS)。
(3)升压站：用于升压站(GIS)的监控。
(4)辅控站:用于辅助车间(化水、制氢、制氯、取样加药、工业废水等)的监控。
(5)逻辑运算单元:装载与运行三菱DCS逻辑及组态软件。
(6)教练员站及数据交换接口:教练员通过教练员站完成对仿真机的各种操作，是仿真机的指挥中心。数据交换接口:三菱对外数据交换接口，所有逻辑运算单元通过该接口与外部进行数据交换。
(7)就地操作员站:主控制室以外的与机组启、停过程密切相关的操作项目。
(8)工程师站(EMS):用于DCS的组态、修改和参数整定，运行方式分析等。工程师站用于仿真机的维护与开发，平时也可用作操作员站。
(9)大屏幕:用于投影显示DCS、盘台、就地操作画面等内容。
(10)网络系统:使用1OOM以太网，拓扑结构为星型连接，通信协议为TCP/IP，介质为超5类双绞线AMP，各节点通过交换机确保每个节点可独享带宽，配彩色、黑白打印机各1台。
三、仿真机采用的主要技术
3.1功能强大的仿真支撑系统
分布式面向对象的仿真支撑系统(DCOSE)是北京同方电子科技有限公司自行开发的一套高水平的支撑环境。仿真支撑系统功能是否强大及操作是否友好是仿真机能否开发成功的关键。
DCOSE的目的是建立面向应用的分布式计算支撑环境，基于.NET技术，提供图形建模、分布式运行、虚拟DPU仿真和分析、实时数据采集和存储、历史数据分析、项目管理和文档管理等功能的全面解决方案。
3.2图形建模技术
390MW联合循环发电机组仿真机建模采用图形建模方法，该方法是在图形编辑中通过拖调通用算法模块图元，生成设备模块图(算法的参数化)，用线连结各设备模块图，构成子系统模型图(如给水系统模型)，所有子系统模型图组成39OMW仿真机模型。用户只需具备相应的专业知识即可建立仿真模型，便于仿真机的修改、维护与管理。
3.3激励式虚拟DPU技术
仿真机中虚拟DPU技术是指将实际DCS的组态数据输入仿真机，使其能直接模拟实际DPU的计算行为。虚拟DPU方式将仿真机的开发与电厂DCS真正结合起来，在完全不需要DCS硬件的基础上，采用与实际DCS相同的逻辑组态和画面组态程序，在PC机环境下就可仿真运行实际DCS的所有功能。
惠州LNG联合循环发电机组仿真机采用激励式虚拟DPU技术(全部使用制造商的DCS逻辑及组态软件)，将实际机组控制系统的逻辑及组态软件直接输入仿真机，通过接口软件与机、炉、电等仿真模型以数据交换的形式实现仿真机DCS的各项功能。DCOSE与三菱DCS软件构成及数据交换方案如图2所示。

服务器运行DCOSE的数据库和实时计算引擎，所有模型任务在实时计算引擎的管理下运行。三菱虚拟DCS部分由操作员站、工程师站、逻辑运算单元与数据交换接口组成，所有逻辑运算单元均通过数据交换接口与外部进行数据交换。
为了实现DCOSE和三菱虚拟DCS的连接，DCOSE服务器上运行了三菱远程控制与数据交换任务软件，实现与三菱虚拟DCS的数据交换接口的数据交换，进而和所有逻辑运算单元进行数据交换。此外，三菱远程控制与数据交换任务负责三菱虚拟DCS部分所有逻辑运算单元的调度与控制。
四、仿真效果与精度
39OMW联合循环发电机组仿真机采用逼真的数学模型，所有数学模型都是符合实际电厂全工况全物理过程的机理性模型，遵守质量、能量和动量守恒定律。燃气轮机、蒸汽轮机、余热锅炉及发电机等模型精度达到了仿真机设计要求。仿真机组的重要参数如燃气轮机第1级喷嘴入口温度，排气温度，压气机压比，主蒸汽压力、温度、流量，给水压力、温度、流量，机组功率，凝汽器真空等参数的静态精度在2以内，动态精度在10以内，完全可满足仿真培训的要求。
五、结语
39OMW液化天然气联合循环机组仿真机于2006年5月投入试运行，现已培训多期学员，证实了仿真系统采用的技术方案的正确性。它对电厂投产前DCS的校验、发电机组运行人员与热工人员的培训起到了重要作用，也将在实际电厂投产后设备的优化运行与试验等方面发挥良好的作用。