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火电厂仿真高伟主讲主讲主讲主讲华中科技大学华中科技大学华中科技大学华中科技大学····能源与动力工程学院能源与动力工程学院能源与动力工程学院能源与动力工程学院027027027027————87542817875428178754281787542817��参考书：参考书：张家琛编《火电厂仿真》北京：水利电力出版社1994199419941994、10101010唐世林编《电站计算机仿真技术》北京：科学出版社1996199619961996、11111111第一章概述1111····1111仿真的概念仿真（仿真（仿真（仿真（SimulationSimulationSimulationSimulation））））的定义：的定义：的定义：的定义：利用模型模仿实际系统（或对象），再现其某些特性。仿真的目的：仿真的目的：仿真的目的：仿真的目的：便于再现和进一步研究系统（或对象）的某些特性。仿真的关键：仿真的关键：仿真的关键：仿真的关键：建立实际系统（或对象）的模型。模型：模型：模型：模型：模型是实际系统（或对象）在某些方面特性的一种表现形式。它必须反映该系统（或对象）的主要特征、行为特性或本质特性。仿真分类：仿真分类：仿真分类：仿真分类：依据模型种类不同，或仿真方式不同，系统仿真可分为三类：1111、物理仿真、物理仿真、物理仿真、物理仿真2222、数学仿真、数学仿真、数学仿真、数学仿真3333、物理、物理、物理、物理----数学混合仿真数学混合仿真数学混合仿真数学混合仿真11111111、物理仿真：、物理仿真：、物理仿真：、物理仿真：、物理仿真：、物理仿真：、物理仿真：、物理仿真：按真实系统的物理性质构造系统的物理模型，再现系统的一些特性。例如：例如：例如：例如：新型锅炉生产前，各部件按一定比例缩小，新型锅炉生产前，各部件按一定比例缩小，新型锅炉生产前，各部件按一定比例缩小，新型锅炉生产前，各部件按一定比例缩小，构成一个几何相似的物理模型。构成一个几何相似的物理模型。构成一个几何相似的物理模型。构成一个几何相似的物理模型。对此分析研究可发现该锅炉在结构和形态上对此分析研究可发现该锅炉在结构和形态上对此分析研究可发现该锅炉在结构和形态上对此分析研究可发现该锅炉在结构和形态上是否合理，安装、操作和检修是否便利。是否合理，安装、操作和检修是否便利。是否合理，安装、操作和检修是否便利。是否合理，安装、操作和检修是否便利。这种模型仅反映了其结构特性，而未能反映这种模型仅反映了其结构特性，而未能反映这种模型仅反映了其结构特性，而未能反映这种模型仅反映了其结构特性，而未能反映锅炉内部传热学、热力学、流体力学的特性。锅炉内部传热学、热力学、流体力学的特性。锅炉内部传热学、热力学、流体力学的特性。锅炉内部传热学、热力学、流体力学的特性。22222222、数学仿真：、数学仿真：、数学仿真：、数学仿真：、数学仿真：、数学仿真：、数学仿真：、数学仿真：按真实系统的数学关系构造系统的数学模型，即将实际系统的运动规律用数学形式表达出来，并在数学模型上进行试验，再现系统的某些特性。数学模型能精确反映系统内部的各种静态和数学模型能精确反映系统内部的各种静态和数学模型能精确反映系统内部的各种静态和数学模型能精确反映系统内部的各种静态和动态特性，如锅炉运行中的燃料化学反应、传热动态特性，如锅炉运行中的燃料化学反应、传热动态特性，如锅炉运行中的燃料化学反应、传热动态特性，如锅炉运行中的燃料化学反应、传热过程、能量储存与释放、工质循环流动的特性。过程、能量储存与释放、工质循环流动的特性。过程、能量储存与释放、工质循环流动的特性。过程、能量储存与释放、工质循环流动的特性。数学仿真一般是利用计算机对系统数学模型数学仿真一般是利用计算机对系统数学模型数学仿真一般是利用计算机对系统数学模型数学仿真一般是利用计算机对系统数学模型进行运算和试验的。因此，利用计算机实现的系进行运算和试验的。因此，利用计算机实现的系进行运算和试验的。因此，利用计算机实现的系进行运算和试验的。因此，利用计算机实现的系统数学仿真也称为：统数学仿真也称为：统数学仿真也称为：统数学仿真也称为：计算机仿真计算机仿真计算机仿真计算机仿真。33333333、物理、物理、物理、物理、物理、物理、物理、物理--------数学混合仿真：数学混合仿真：数学混合仿真：数学混合仿真：数学混合仿真：数学混合仿真：数学混合仿真：数学混合仿真：将真实系统的一部分用数学模型描述，并放到计算机上运行，而另一部分则构造其物理模型或直接采用实物，然后将它们连接成系统，并在此系统上进行试验，再现系统的某些特性。这种仿真又称：这种仿真又称：这种仿真又称：这种仿真又称：半物理仿真。半物理仿真。半物理仿真。半物理仿真。计算机仿真计算机仿真计算机仿真计算机仿真定义：将一个能近似描述实际系统的数学模型进行第二次模化，转变为一个仿真模型，并将其放到计算机上进行运行，以再现系统某些特性的过程。第一次模化：研究实际系统与数学模型之间的关系；第一次模化：研究实际系统与数学模型之间的关系；第一次模化：研究实际系统与数学模型之间的关系；第一次模化：研究实际系统与数学模型之间的关系；第一次模化：研究数学模型与计算机之间的关系。第一次模化：研究数学模型与计算机之间的关系。第一次模化：研究数学模型与计算机之间的关系。第一次模化：研究数学模型与计算机之间的关系。计算机仿真是本课程讨论的主题。计算机仿真系统计算机仿真系统计算机仿真系统计算机仿真系统————————用于系统仿真的一套软、硬设备。————————其主体是计算机。按计算机的类型分，有以下仿真系统：1、模拟仿真系统2、数字仿真系统3、数模混合仿真系统11、模拟仿真系统、模拟仿真系统————————用模拟计算机组成的仿真系统。优点：优点：优点：优点：运算是运算是运算是运算是““““并行并行并行并行””””的、的、的、的、““““连续连续连续连续””””的。因此，运算速度的。因此，运算速度的。因此，运算速度的。因此，运算速度快，且更接近连续系统。快，且更接近连续系统。快，且更接近连续系统。快，且更接近连续系统。缺点：缺点：缺点：缺点：运算精度低、线路复杂、对采样和逻辑系统的仿运算精度低、线路复杂、对采样和逻辑系统的仿运算精度低、线路复杂、对采样和逻辑系统的仿运算精度低、线路复杂、对采样和逻辑系统的仿真比较困难、仿真的自动化程度低（依靠排题板真比较困难、仿真的自动化程度低（依靠排题板真比较困难、仿真的自动化程度低（依靠排题板真比较困难、仿真的自动化程度低（依靠排题板接线）。接线）。接线）。接线）。22、数字仿真系统、数字仿真系统————————用数字计算机组成的仿真系统。优点：优点：优点：优点：被仿真的系统包含在一组程序中，仿真自动化程被仿真的系统包含在一组程序中，仿真自动化程被仿真的系统包含在一组程序中，仿真自动化程被仿真的系统包含在一组程序中，仿真自动化程度高，使用方便；运算精度高；易实现逻辑处理度高，使用方便；运算精度高；易实现逻辑处理度高，使用方便；运算精度高；易实现逻辑处理度高，使用方便；运算精度高；易实现逻辑处理和非线性环节；程序和参数修改容易。和非线性环节；程序和参数修改容易。和非线性环节；程序和参数修改容易。和非线性环节；程序和参数修改容易。缺点：缺点：缺点：缺点：运算过程是运算过程是运算过程是运算过程是““““串行串行串行串行””””的，运算速度相对较低、实时的，运算速度相对较低、实时的，运算速度相对较低、实时的，运算速度相对较低、实时仿真和寻优计算等不如模拟仿真系统快。仿真和寻优计算等不如模拟仿真系统快。仿真和寻优计算等不如模拟仿真系统快。仿真和寻优计算等不如模拟仿真系统快。用微型数字计算机阵列组成的仿真系统，称为全数字仿真系统全数字仿真系统33、数模混合仿真系统、数模混合仿真系统————————用模拟计算机和数字计算机组成的仿真系统。由于模拟计算机和数字计算机的优缺点是互由于模拟计算机和数字计算机的优缺点是互由于模拟计算机和数字计算机的优缺点是互由于模拟计算机和数字计算机的优缺点是互补的。因此，该系统达到了扬长避短的目的。补的。因此，该系统达到了扬长避短的目的。补的。因此，该系统达到了扬长避短的目的。补的。因此，该系统达到了扬长避短的目的。该系统适用于：（（（（1111）要求与实物连接，又有许多复杂函数需计算的实时）要求与实物连接，又有许多复杂函数需计算的实时）要求与实物连接，又有许多复杂函数需计算的实时）要求与实物连接，又有许多复杂函数需计算的实时仿真；仿真；仿真；仿真；（（（（2222）需要进行反复迭代计算（如统计分析、参数寻优））需要进行反复迭代计算（如统计分析、参数寻优））需要进行反复迭代计算（如统计分析、参数寻优））需要进行反复迭代计算（如统计分析、参数寻优）的仿真；的仿真；的仿真；的仿真；（（（（3333）对计算机控制系统的仿真；）对计算机控制系统的仿真；）对计算机控制系统的仿真；）对计算机控制系统的仿真；计算机仿真的基本步骤计算机仿真的基本步骤计算机仿真的基本步骤计算机仿真的基本步骤（（（（1111）根据系统研究的目的和范围，建立系统的）根据系统研究的目的和范围，建立系统的）根据系统研究的目的和范围，建立系统的）根据系统研究的目的和范围，建立系统的数学模型；数学模型；数学模型；数学模型；（（（（2222）将数学模型转换成计算机能接受、可运行）将数学模型转换成计算机能接受、可运行）将数学模型转换成计算机能接受、可运行）将数学模型转换成计算机能接受、可运行的仿真模型；的仿真模型；的仿真模型；的仿真模型；（（（（3333）根据仿真模型编写仿真程序；）根据仿真模型编写仿真程序；）根据仿真模型编写仿真程序；）根据仿真模型编写仿真程序；（（（（4444）对仿真程序进行调试、校核和修改；）对仿真程序进行调试、校核和修改；）对仿真程序进行调试、校核和修改；）对仿真程序进行调试、校核和修改；（（（（5555）确认仿真程序正确无误后，进行仿真运）确认仿真程序正确无误后，进行仿真运）确认仿真程序正确无误后，进行仿真运）确认仿真程序正确无误后，进行仿真运算；算；算；算；（（（（6666）对仿真结果进行分析、评价，并作出决策。）对仿真结果进行分析、评价，并作出决策。）对仿真结果进行分析、评价，并作出决策。）对仿真结果进行分析、评价，并作出决策。仿真技术的特点：仿真技术的特点：仿真技术的特点：仿真技术的特点：仿真作为一门利用模型进行试验、研究和培训的技术，具有可控、安全、经济、节约时间、允许多次重复的特点。仿真技术的应用领域：仿真技术的应用领域：仿真技术的应用领域：仿真技术的应用领域：仿真技术已广泛地应用于航空航天、航海、国防、原子能、电力、冶金、化工、医学、农业等领域。1111····2222火电厂仿真技术的应用火电厂计算机仿真技术是一门综合技术。它是以数学、物理、化学、传热学、热力学、流体力学、控制理论、计算机技术、热能动力、电工学、热工仪表及电气仪表等多学科专业的理论为基础，以计算机和各种物理效应设备（它再现真实环境）为工具，对真实火电厂发电机组及其运行进行仿真的技术。火力发电机组的设备庞大，系统复杂。因此：对设备的研究、对系统的试验、对参数的校正、对运行安全和经济的分析、对运行值班员的培训等，在实际发电机组上直接进行，或是很困难或根本不可能。利用仿真技术的特点、在模型上进行试验研究，在仿真机上培训运行值班员，则上述问题可迎刃而解。火电厂仿真技术的应用主要在以下几个方面：�对运行值班员进行培训；�对设备或系统进行试验、研究、设计、评价、改进、参数优化；�对机组运行进行分析、�对控制系统的组态和控制规律等进行探讨；�对已发故障进行验证，提出反事故措施；�对运行规程进行校核。火电厂应用的仿真机（系统）火电厂应用的仿真机（系统）火电厂应用的仿真机（系统）火电厂应用的仿真机（系统）��全范围培训仿真机全范围培训仿真机全范围培训仿真机全范围培训仿真机全范围培训仿真机全范围培训仿真机全范围培训仿真机全范