[发明专利]一种电厂运行虚拟孪生系统

说明书

本发明涉及一种电厂运行虚拟孪生系统VDT(Virtual Digital Twin)，电厂运行虚拟孪生系统能与电厂控制系统DCS(Distributed Control System)和电厂实时/历史数据库系统RTDB(Real‑Time Data Base)实现网络紧密数据互联的一种电厂分析仿真系统。电厂运行虚拟孪生系统包括虚拟控制系统、电厂设备虚拟孪生数学模型系统以及仿真分析功能系统；该技术方案中新的数据驱动电厂运行虚拟孪生系统其实是一种更高水平的电厂实时仿真在线应用系统，其应用要求包括：实现DCS系统到VDT系统的连接，能够实现对DCS系统的控制组态、参数设定等方面的程序下载，提高虚拟DCS的控制品质，能更好地进行热控人员培训；该方案能够实现VDT系统到DCS系统的连接，从而进行动态试验，并根据数学模型的计算结果进行DCS系统的性能优化或异常分析。

技术领域

本发明涉及一种电厂系统，具体涉及一种电厂运行虚拟孪生系统，属于电厂数字化控制系统技术领域。

背景技术

我国的大型电厂，包括了大型燃煤火力发电厂、燃气蒸汽联合循环发电厂、核电厂、水电厂等。由于是连续进行发电的生产过程，大型电厂的控制系统DCS(DistributedControl System)作为电力生产的关键系统，处于运行控制的核心地位。在计算机技术和网络技术不断进步的基础上，大型电厂基本上又都装备了实时/历史数据库系统RTDB(Real-Time Data Base)和运行培训仿真系统SIMU(Simulation System)，这构成了所谓大型电厂的三大实时系统。电厂三大实时系统的作用是：

1)控制系统DCS，用于直接控制发电厂的锅炉、核反应堆、蒸汽轮机、燃气轮机、发电机等设备，实现逻辑和自动调节功能，保证发电机组的启停和变工况稳定运行；

2)实时/历史数据库系统RTDB，主要指为电厂实时生产过程综合优化服务的生产过程实时管理和监控的信息系统，用于为管理层和职能部门提供机组实时监测数据，为运行和检修决策提供信息依据，并管理海量历史数据；

3)运行培训仿真系统SIMU，多用于电厂运行人员的培训，并用于机组运行优化和故障分析。

这三大实时系统的工作目的、系统平台和软件功能各有不同，但其对实时性要求却是一致的，各系统的响应时间都在10-100毫秒级，以满足对大型电厂发电机组进行控制、监测、仿真的大容量和高速度数据计算处理的需要。同时，这三大实时系统的建设时间和供货厂家来源不同，各自有很大的独立性。目前的现状是，DCS与RTDB有着直接的网络连接关系，出于安全要求，DCS的输入输出数据单向传给RTDB，在RTDB中存储，并提供实现各种电厂数字化智能化应用的实时/历史数据来源。但是，DCS及RTDB与SIMU之间，只有资料数据提供关系，尚没有成功应用的网络数据紧密互联关系。电厂仿真系统SIMU系统主要是由电厂数学模型系统和虚拟控制系统组成的。所谓资料数据提供关系，在虚拟控制系统部分，将真实DCS的组态数据，直接下载或经过编译转换装载到虚拟控制系统之中，能够确保1：1的模拟控制系统功能。所谓资料数据提供关系，在电厂数学模型系统部分，是提供电厂系统设计、设备参数、运行规程等技术资料，由仿真系统开发单位应用各自的建模工具，开发调试电厂数学模型软件系统直至成功运行，达到运行人员培训的目的。

为了达到利用数字化智能化技术手段提高大型电厂的安全性和经济性的目的，有必要建立控制DCS及实时/历史数据系统RTDB与仿真系统SIMU之间的网络数据紧密互联关系，充分利用物理模型、DCS的测控数据更新、RTDB的运行历史数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率、多工况的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映电厂实体系统设备的全生命周期运行过程。这就是在新一代信息技术基础上，构建一种全新的数字孪生系统，或称为虚拟孪生系统，VDT(Virtual Digital Twin)。虚拟孪生系统由虚拟控制系统和虚拟孪生数学模型构成。在已广泛采用了虚拟控制系统之后，最关键的是采用特别设计的建模方法，建立由数据驱动的电厂虚拟孪生数学模型。

发明内容