1. 背景

　　隨著能源有效利用和節能減排的緊迫需求，綜合能源站的建設引起了越來越多的關注。由于綜合能源站系統復雜，且集發電、供熱、制冷、蓄能等多種功能于一體，包含大量新設備，沒有成熟的運行經驗，如何保證系統安全和高效地運行，對運行單位帶來了嚴峻的挑戰。

　　由于綜合能源系統存在多能流的耦合，時間尺度的不統一，設施本身機理及協同運轉機理、動態特性、協同調度與優化、能源網絡路由、系統評價等一系列技術問題包含在規劃、設計、建設、運行、運營各個環節中，使用仿真技術進行相關研究是比較切實可行的方法。

2. 系統概述

　　綜合能源站仿真系統以北京大風天利科技有限公司成熟的大型科學計算與仿真支撐平臺SimuWorks?為基礎，以某能源公司綜合能源站為仿真對象開發而成，涵蓋了燃氣輪機、汽輪機、發電機、余熱鍋爐、溴化鋰機組、電制冷機、熱泵、太陽能發電、儲能裝置、熱力官網、以及各種輔助設備，包括閥門、泵、換熱器等。

　　該仿真系統不但可以用于綜合能源站運行人員的實操培訓、事故演練和上崗考核，而且可以用于各種研究目的，包括運行方案驗證、負荷預測、控制策略優化等功能。

圖1 仿真系統軟件組成

3. 軟件組成

　　仿真系統的軟件組成見上方圖 1所示，其中各組成部分的功能下面將逐一說明。

3.1 仿真引擎SimuEngine

　　仿真引擎SimuEngine是大風科技仿真平臺SimuWorks?的重要組成部分，是介于仿真系統和計算機操作系統之間的可視化仿真支撐系統。

3.2 圖形化建模軟件SimuBuilder

　　圖形化建模軟件SimuBuilder也是SimuWorks?的重要組成部分，它在SimuEngine的支撐下，使用圖形化的方法進行系統建模的工具軟件。仿真系統開發完成后，可以作為工程師站使用。

3.3 設備模塊庫與算法庫

　　SimuWorks?提供了大量成熟的設備模塊庫與算法庫，可以滿足對綜合能源站主要設備和系統仿真的需要。這些仿真數學模型一般是以機理為基礎，適當結合一些必要的經驗公式，并使用運行數據進行修正，既保證了模型的準確度，又保證了實用性。

3.4 綜合能源站系統數學模型

　　在SimuBuilder中，利用上述設備模塊庫，構成綜合能源站系統數學模型組態圖，進一步生成數學模型源代碼，最終生成可執行代碼，用以模擬綜合能源站全流程的動態特性。

3.5 操作界面

　　操作界面提供對操作員站和就地操作的模擬，用于對仿真運行數據進行查看和修改、對仿真過程進行記錄和控制。

3.6 教控臺軟件SimuTeacher

　　教控臺軟件主要包括以下功能：

　　? 初始工況選擇　　　　? 重演與追憶

　　? 工況快速保存　　　　? 修改仿真速度

　　? 參數修改　　　　　　? 操作監視和記錄

　　? 故障設置　　　　　　? 自動分組

　　? 凍結與解凍　　　　　? 遠程控制 

3.7 自動評分系統SimuScorer

　　SimuScorer既可以用于實操考試，也可以用于理論考試。對于實操考試，它支持自定義規則，可以記錄操作過程，并對學員的操作效果做出自動評價。多人同時考試時，每個考生的試卷可以隨機生成，通過教師端進行集中管理。

4. 硬件組成

　　仿真系統的硬件見下方圖 2所示，主要由普通商用PC機、大屏幕投影系統、網絡設備。

圖2 仿真系統硬件組成

4.1 服務器

　　運行SimuEngine服務器端和數學模型軟件。

4.2 教控臺

　　運行教控臺軟件和自動評分系統，主要用于培訓目的。

4.3 操作員站

　　運行監控界面軟件，用于模擬遠程控制室中的監控操作。

4.4 就地操作站

　　運行就地操作軟件，用于模擬現場的就地操作。

4.5 工程師站

　　運行SimuEngine客戶端、SimuBuilder、SimuManager等軟件實現二次開發功能，可以通過修改環境和設備參數、系統流程和控制策略，構建新的仿真系統，并實現研究、分析和優化功能。

4.6 大屏幕投影設備

　　可以用來顯示任一計算機的畫面，主要用于教學和展示目的。

5. 仿真功能

　　根據用戶的要求，仿真系統應該可以實現培訓、展示、體驗和研究等目的，以下針對上述要求加以詳細說明。

5.1 培訓功能

　　可以從如下幾個方面體現對運行人員的培訓功能：

　　1) 認識系統和設備，了解系統動態特性；

　　2) 熟悉各種工況下的操作；

　　3) 通過故障模擬功能，進行反事故演習；

　　4) 使用自動考評方法，對學員進行考核。

5.2 展示功能

　　透過大屏幕投影，可以展示設備結構、系統工藝流程、不同工況的運行狀況等。另外，還可以利用講解功能軟件，以語音的方式體現展示功能。

5.3 體驗功能

　　通過操作仿真系統，可以體驗系統構成、不同工況下的運行狀況等。

5.4 研究功能

　　針對綜合能源站全流程，可以通過多種方式開展仿真研究工作。這些研究工作可能無法或者很難在實際系統上進行，主要基于以下幾個方面的原因：

　　1) 不是所有的情況都能在實際情況下遇到，或者很難遇到，如極寒天氣；

　　2) 有些研究工作可能是破壞性的，在實際情況下代價太大，如設備損壞；

　　3) 有些研究所需的過程太長，不便于在實際系統上開展，如管壁結垢；

　　4) 有些工作本來就是準備未來要做的，如更換新型設備。

　　以上有些情況盡管很少遇到，可一旦發生，可能會導致嚴重的問題。通過仿真系統對可能發生的情況進行預先研究和分析，將可以很好地解決這一問題。

5.4.1 預測環境參數變化的影響

　　仿真系統與實際系統一樣，很多環境參數的變化都會影響到系統的運行狀態，這些參數包括大氣壓、大氣溫度、燃料品質等。利用仿真系統，可以任意修改這些環境參數，甚至給出極端情況下的值，通過對系統的動、靜態特性的觀察，研究這些參數變化對系統可能產生的影響，給出更合理、更安全的控制運行方案。

5.4.2 尋找最佳設備參數和選型

　　采用不同的設備或者設備狀態的好壞，將直接影響實際生產的安全和效率。通過修改設備參數，可以在仿真系統上對此進行深入的研究，通過對比選擇不同設備對系統動、靜態特性的影響，在保證系統安全運行的情況下，實現最高的經濟性能。

5.4.3 尋找最佳控制策略

　　控制系統為增和能源站全流程系統的安全和高效運行，提供了基本的保障。在實際系統上，考慮到安全的因素，很難通過反復試驗尋找最優控制策略。通過仿真系統，可以很好地解決這一矛盾，通過對不同的控制參數和控制方案進行研究對比，實現這一目的。

5.4.4 改進工藝流程

　　在進行系統設計或改造時，可以利用方便的圖形化建模功能，針對工藝流程的多種可能方案進行仿真研究，包括設備選型、系統結構、運行方式等，以選擇最佳方案，實現最小的投資、最高的效益。

5.4.5 校核與改進運行規程

　　可以利用仿真系統對運行規程進行校核，發現存在的問題，并加以改進，并尋找最佳運行方案。