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仿真支撑软件 DCOSE 系统特点简析 (华北电力大学，河北 保定 071051) 摘 要：对清华能源仿真公司 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： 10076921(XX)08016002 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 600800 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 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。 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、实时计算引擎、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