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基于APROS的发电厂电气仿真系统

作　者: 刘玉方
导　师: 万秋兰
学　校: 东南大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 图形化自动建模单元机组仿真 Apros 集散控制系统网控系统
分类号: TM743
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要

发电厂是电力系统的重要组成部分,利用发电厂仿真系统对运行值班人员进行培训,可以提高运行人员的日常工作及处理紧急情况的能力,并大大提高电力系统的安全性和经济性。过去开发仿真系统多采用的是手工编程的方式,由于各个发电厂的机组和系统都有一些差异,在开发发电厂仿真系统的时候,如果根据不同的实际系统进行开发,成本高,专用性强,周期长,迫切需要采用先进的方法建模。芬兰的Apros(Advanced Process Simulation Software)是一种先进的过程仿真软件,采用图形化自动建模的先进技术,可全面动态仿真发电厂的工艺流程。图形化自动建模技术可以使建模人员集中精力于回路组态、参数优化、仿真系统调试等基本内容,省去编程的工作量。本文采用Apros实现了安徽平圩发电责任有限公司#1单元机组电气系统和网控系统的仿真。这是国内首次采用Apros进行仿真建模,大大提高了仿真模型的建模效率、准确性和规范性,同时也为应用Apros提供了参考和积累了经验。发电厂仿真机主要由仿真计算机系统及外部设备、操作员台、教练员台、I/O接口系统、网络通讯系统等构成,可实现对发电机组的炉、机、电、控制4大部分的仿真,能应用于机组设计、调试、运行、改造的全过程。随着计算机技术的发展,现在大型发电厂多采用集散控制系统(DCS)。发电厂仿真系统包括单元机组的电气系统和网控系统(NCS)。发电厂仿真机现在多采用全软仿真的方式。应用Apros进行发电厂电气系统的仿真建模时,要大量用到Apros预先定义的电气系统和自动控制系统的模块。运用这些模块,可先搭建电气系统的基本模型如断路器、熔丝、数据测量等的模型,然后根据电气系统中各子系统的数学模型搭建其仿真模型。建立电气系统仿真模型的关键是建立正确简单的数学模型。电气系统中主要的仿真子系统模型有:一次主系统模型(发变组系统和网控系统)、励磁系统模型、同期系统模型、变压器模型(变压器温度模型和有载调压模型),故障仿真模型等。本文实现了上述系统的建模。Apros电气方面的建模存在不足,可以根据仿真经验完善电气建模的功能。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-8
第一章绪论  8-12
  1.1 发电厂仿真技术的重要性和必然性  8-9
  1.2 仿真技术的发展和趋势  9-10
    1.2.1 发电厂仿真机的发展史  9
    1.2.2 发电厂仿真建模技术的发展和趋势  9-10
  1.3 课题的提出  10-11
  1.4 论文的主要工作  11-12
第二章发电厂电气系统仿真设计  12-20
  2.1 发电厂仿真机的硬件系统  12-13
    2.1.1 主计算机系统  12
    2.1.2 I/O接口  12
    2.1.3 教练员站  12
    2.1.4 操作员台  12-13
    2.1.5 工程师站  13
    2.1.6 网络系统  13
  2.2 发电厂仿真机的仿真对象  13-16
    2.2.1 发电厂仿真机的仿真对象  13
    2.2.2 电气仿真系统构成  13-14
    2.2.3 电气系统仿真对象  14-16
  2.3 电气仿真系统的功能  16-17
  2.4 故障仿真  17-19
    2.4.1 故障仿真概述  17
    2.4.2 发电厂电气故障仿真  17-19
  2.5 发电厂仿真机的应用  19
  2.6 本章小结  19-20
第三章发电厂电气系统数学模型建模  20-29
  3.1 发变组数学模型  20-22
  3.2 励磁系统数学模型  22-26
    3.2.1 同步发电机的励磁方式  22-23
    3.2.2 同步发电机励磁机励磁系统数学模型  23-24
    3.2.3 半导体励磁调节器各单元的传递函数  24-25
    3.2.4 同步发电机的传递函数  25
    3.2.5 励磁控制系统的传递函数  25-26
    3.2.6 数字式自动电压调节器  26
    3.2.7 电力系统稳定器  26
  3.3 变压器温度模型  26-28
  3.4 同步发电机的同期并列模型[6][7][8][9]  28
  3.5 本章小结  28-29
第四章 APROS系统分析  29-36
  4.1 Apros的特点  29-31
  4.2 Apros的相关基本概念  31-32
  4.3 Apros的电气模块模型  32-33
    4.3.1 矩阵方程式  32
    4.3.2 等效电路  32
    4.3.3 电气系统模块  32-33
  4.4 Apros的自动控制系统  33-35
    4.4.1 自动控制系统简介  33-35
    4.4.2 自动控制系统的计算法则  35
    4.4.3 自动控制系统的基本概念  35
  4.5 本章小结  35-36
第五章基于APROS的发电厂电气系统仿真模型  36-44
  5.1 电气系统基本模型  36-39
    5.1.1 断路器和隔离开关模型  36-37
    5.1.2 发电机模型  37
    5.1.3 变压器模型  37
    5.1.4 发电厂的外部系统模型  37-38
    5.1.5 就地操作模型  38
    5.1.6 模块变量命名规则  38-39
    5.1.7 数据的测量  39
  5.2 主接线系统模型  39-40
  5.3 变压器模型  40-41
    5.3.1 变压器温度模型  40
    5.3.2 变压器有载调压模型  40-41
  5.4 励磁系统模型  41-42
  5.5 同期系统模型  42
  5.6 Apros中模块的不足  42-43
  5.7 本章小结  43-44
第六章结论  44-45
  6.1 结论  44
  6.2 Apros电气建模的不足  44-45
参考文献  45-47
附录  47-57
  附录A 平圩发电责任有限公司一次接线图  47-49
  附录B 用Apros设计的平圩发电责任有限公司电气系统仿真模型  49-56
  附录C 平圩发电责任有限公司励磁系统传递函数框图  56-57
致谢  57

基于APROS的发电厂电气仿真系统

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