仿真支撑软件DCOSE系统特点简析

时间：2020-12-13 08:08:13　来源：柠檬阅读网本文已影响人

(华北电力大学，河北保定 071051)
摘要：对清华能源仿真公司（北京同方电子有限公司）
开发的一体化仿真支撑环境软件DCOSE ( Distributed Component Simulation Environment )系统的特点作了简单介绍。
关键词：电力系统；
仿真；
DCOSE
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2008)08—0160—02

电力系统仿真是研究电力系统特性的重要方法之一。随着电力系统的迅速发展，在电力系统的运行管理、安全监控、事故分析等方面都提出了更高的要求。相应的，国内外对火电机组仿真模型的研究也不断深入并取得前所未有的成果。
1 概述

随着我国电力工业的快速发展，火电机组普遍出现单机容量为600～800甚至1 300MW的超大容量机组。显然，大机组、高参数、大容量已成为主流特点，新建项目中设备的自动化程度越来越高，这就对运行人员的技能提出了更高的要求，电力系统的操作不可能随意进行，更不可能在真实设备上模拟，仅靠理论知识不足以培养运行人员准确判断、应对突发事故的能力，如果操作不当还可能引起事故进一步扩大。如：一台300MW火电机组的输入/输出模拟量参数和开关量参数就多达3 000个，其中监视参数1 000多个，操作量2 000多个，计算机屏幕上的操作画面达300多，设备的启停过程和事故处理过程越加困难。操作人员若不是预先经过有效的培训，则难以掌握运行操作技术，而电力系统运行人员的岗位操作技能是影响电力生产安全运行的重要因素，所以，针对新建电厂研发全范围，实时的，高逼真度的仿真模型，使得运行人员能在仿真设备上反复的随意的进行启停机操作培训和反事故演练，有着十分重要的意义。

从1957年英国原子能研究院为了培训Calder Hall型核电站人员而设计开发的第一台培训仿真机开始，到1979年美国三俚岛核电站泄漏事件，英、美、日等国研发的仿真机数字模型运算和逻辑基本上采用的是模拟计算机和电子机械辅助装置，20世纪60年代摸以来，由于计算机技术的发展和人们对发电安全性的重视，对电厂仿真机提出了两点原则性的要求：真实的复制电厂控制室；
实时地复现生产过程和动态过程。因此，该时期的电厂仿真机的技术重点是：不仅在硬件上力图全面地仿真电厂控制室；
在对象的建模方面要求仿真对象的动态过程也要与被仿真电厂一致，因而提出了物理基础的建模原则，强调以质量、能量、动量三大守恒定律为基础，建立设备的数学模型；
软件结构上逐步发展为模块化结构的建模方法。80年代初开始，国外各大公司相继开发了大量仿真支撑软件，如意大利自动化计算研究中心开发的LEGO、美国电力研究所研制的MMS、德国西门子公司的NLOOP、美国ABB（原CE）公司的CETRAN、美国原LINK公司的S3、法国THOMSON公司的FLOWNET&LOGNET、芬兰技术研究中心(VTT)的APROS、以及加拿大CAE公司的KOSE、SACDA公司的SACDA等等。
国内自主开发的仿真支撑环境有清华能源仿真开发的电站图形化仿真建模系统GNET和仿真支撑环境ISSE、华北电力大学在CETKAN基础上开发的STAK-90模块化建模环境，亚洲仿真公司使用了S3的部分建模和支撑环境。仿真技术的发展主要体现在数学模型和仿真支撑环境，尤其是后者到了今天已经达到了具有高级图形功能，可以利用网络支持大量计算机和硬件设备，通用性较强拥有先进的在线组态功能，支持图形化自动建模和大型数据库，集成度很高的软件系统，火电机组仿真机从仿真范围到精度都有很大提高，从传统的仿真机逐步发展到虚拟DPU技术的翻译型仿真机和激励式仿真机。利用微机甚至微机群作为运行平台进行仿真系
统的开发，成为仿真机发展的新趋势。
2 DCOSE系统特点简析
2.1 DCOSE系统的主要作用

DCOSE ( Distributed Component Simulation Environment )系统是清华能源仿真公司（北京同方电子有限公司）研发的一体化仿真支撑环境软件，DCOSE系统是一个软件模块集合，用于大型强耦合和细粒度计算的场合。典型的应用是电厂仿真系统。由于DCOSE采用了Microsoft .Net架构设计，因此，和传统的仿真支撑系统相比，更容易和DCS以及其他电厂实时控制系统链接，并利用仿真机提供的仿真数据对电厂的控制系统进行分析和研究。同时，借助于Microsoft Visio ( 微软Office套件中提供的绘图软件，所以DCOSE提供的图形建模所使用的插件均需要在该软件环境下使用，其他支撑系统的功能也可以在该软件下使用 )等工具，以完成对仿真对象的图形化建模及对原始数据进行整理并进行适当的预处理等。
2.2 基于DCOSE系统的仿真模型特点

基于DCOSE系统的火电厂仿真模型现在主要有135MW、300MW、600MW等容量，其仿真精度主要依赖于虚拟DPU技术，虚拟DPU是指将实际DCS的组态数据直接输入至仿真机，使其能直接模拟实际DPU的计算行为，称之为VPU。下面是对WDPF系统VPU实现情况的简单说明：
2.2.1 首先编制和定义WDPF的算法模块库，可以采用C/C++， FORTRAN等语言，包括其标准的回路调节算法，文本算法和特殊功能块，该模块库形成了一个可动态装载的算法库。
2.2.2 对其组态文件（*.src）进行扫描分析，每个DPU的SRC文件中均含有数据点定义，回路定义，梯形逻辑定义和文本算法定义，其中数据点的定义直接添加到数据库中，模块组态信息自动生成RTSRV2。
2.2.3 可以识别的RTE文件，这个过程所使用的软件我们称之为WdpfLoad。
2.2.4 对每个DPU生成对应的VPU任务（装载RTE后形成的进程或线程）。
2.2.5 定义DPU中点和仿真模型的关系，并形成相应的数据交换任务。
2.2.6 将WDPF的图形文件（操作端软件）翻译为MOSS可以识别的图形文件，并形成和原文件中定义的动态显示和操作一致的定义，该过程使用的是WGBC软件。
2.2.7 以上过程均通过DCOSE内的WDPF VPU仿真包自动实现，除DPU和仿真模型的点的定义需要人工干预和自行定义外，其余过程均自动完成。

WDPF虚拟DPU软件可以极大提高仿真机建设的周期，DCS仿真的真实度也得到极大提高，在实际DPU内定义和使用的任何一个数据，均真实的在仿真机中得到了相应的计算，其难点在于：VPU的实现依赖于3个子系统的实现：即实际DCS的控制算法模块、实际DCS组态数据的识别和编译、实际DCS操作员端软件的通讯和翻译。因此，VPU的实现需要对实际被仿真的DCS系统进行相当深度的剖析，同时也依赖于实际DCS厂家提供技术资料的情况。
2.3 DCOSE系统的技术创新点

基于DCOSE系统建立的仿真模型，具有在各种操作过程中都能达到与实际电厂相一致的动态特性。能够实时地仿真火电机组的非正常和紧急条件（包括故障和设备失效）状态，以显示机组固有的响应和自动控制的功能。当操作人员的操作随故障的严重程度而有所不同时，模型能够反应此类故障所波及的范围和影响程度。当故障出现时，操作人员能够通过操作使机组恢复正常或减缓故障，并继续工作到稳定、可控、安全的时刻，直到逐步停机或达到仿真机的操作极限。与同类仿真模型相比，在技术上具有一定的创新性。
2.4 DCOSE系统的组成

DCOSE系统包括实时数据库服务（DCOSE SDBSrv）、实时计算引擎（DCOSE RTEnging）、计算机辅助建模系统、操作员终端的建立及运行四大部分。同时DCOSE也提供虚拟DPU软件包，目前虚拟的DPU仿真包也包含了和现场实际DPU通讯的能力。
［参考文献］
［1］姜学智，李广军.电站仿真控制系统模块化自动建模的开发研究［J］.清华大学学报，1993，33（增2）.
［2］刘树清，等.基于DCOSE的热力系统图形化建模方法［A］全国计算机仿真与应用技术会议论文集［C］，北京：中国科学技术大学出版社，2004.

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