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              能源仿真

              产品名称

              能源仿真

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              热力管网规划、设计与运行调度分析系统 SimuPipe 一、系统简介   SimuPipe是用于热力管网规划、设计、校核计算,仿真培训与运行调度分析的软件系统。它可以适用于各种支状管网和环形管网、单热源或多热源管网、热水或蒸汽管网。既可以进行静态计算也能进行动态计算。    ?   对于新建或改造项目的规划,可以利用SimuPipe快速地构建多个设想方案,然后很快就可以得到这些方案的设计数据,以及系统投入运行后的静、动态特性。这样就可以对各种方案进行定量的比较,为选择最佳设计方案提供了强有力的证据。   对于已存在的实际热网系统,可以利用SimuPipe对其进行逼真地模拟,以分析在各种工况下的运行状态和特性,如用户热负荷的变化、管道泄漏、天气变化等,从而为系统的安全和经济运行提供了指导性的建议。    ? 二、设计功能   ●由热源和热用户的参数,自动确定管网设计流量;   ●按照经济比摩阻,计算管道直径;   ●确定环网的水力交汇点;   ●确定最不利环路;   ●在多热源的情况下,确定各个热源的供热范围;   ●绘制任一管段的水压图;   ●数据统计与报表输出; 三、分析研究功能   ●热网设计或改造时,根据管网结构、管道的长度与直径、粗糙度、局部阻力等,分析设计工况及其他工况下的管网压力流量分布,判断管网设计或改造方案的合理性;   ●热用户负荷变化对其他热用户或热源的影响;   ●热源参数降低,热用户的参数是否满足要求;   ●热负荷增加,管网输送能力是否足够;   ●泵、阀门状态变化时,相关区域运行参数的变化;   ●关键点对相关区域供热的影响;   ●供水流量、工作压力、水位对换热效果的影响;   ●供热失调的解决方案;   ●根据环境温度的变化,计算热力站控制系统的设定值。 四、培训指导功能   ●变工况运行:通过改变热网的运行参数,如热用户、热源参数、泵转速、阀门开度等,以熟悉和了解在各种工况下的热网运行特性。   ●启停过程的模拟:由于热网启停过程中的操作较多,通过对其动态过程的逼真模拟,运行人员能够快速地熟悉系统的操作。   ●故障模拟:模拟热网发生故障情况下的动态过程,如管道的泄漏和堵塞、泵跳闸、阀门卡涩等。这些过程在实际系统上是难以对运行人员进行培训的。 五、系统主要特点   ●采用了图形化的建模方法,使用方便、快捷;   ●采用了可压缩模型,既可以可用于水网,也可以用于蒸汽网;   ●流体网络算法速度快、且绝对收敛,对节点数目没有限制。 六、业绩   ●北京煤气热力设计院   ●青岛金河热网   ●哈尔滨道里区热网   ●乌鲁木齐热网   ●承德热网   ●北京首都机场供热公司
              一、背景   随着工业锅炉的大型化,其控制系统也越来越复杂。同时对操作人员的要求也越来越高。操作人员除了需要熟悉操作规程外,还需要快速处理运行当中出现的各种故障。本软件不但提供常规的操作,也提供大量的现场故障,供操作人员进行反事故的演习,以提高他们的操作技能和事故处理能力。    ? ? 二、特点   1.采用图形化自动建模方法和实时流体网络算法,建立工业锅炉仿真动态模型   2.实现全工况的1:1仿真,包含水处理的仿真   3.全DCS画面以及就地画面实现人机的完美交互   4.可提供现实感更强的3D人机交互界面   5.上百个故障的仿真模拟   6.自带评分系统,可实现对操作人员能力的考核    ?    ? 三、规格 ? 锅炉仿真教学培训软件 DHL29工业锅炉仿真培训系统 SZL29工业锅炉仿真培训系统 3D工业锅炉仿真培训系统软件 (采用3D虚拟现实技术) 3D工业锅炉仿真培训系统 锅炉安全运行 计算机仿真培训系统 WNS4?燃油锅炉仿真培训系统 WNS4?燃气锅炉仿真培训系统 DZL4?工业锅炉仿真培训系统 QXL2.8?热水锅炉仿真培训系统 SHL4?工业锅炉仿真培训系统 SG50_NDS_27型 注汽锅炉仿真培训系统 CFB10?循环流化床锅炉仿真培训系统 RZTGL3?液相有机热载体炉仿真培训系统 155T?燃煤电站锅炉仿真培训系统
              一、软件的研究背景及意义   我国煤矿数目众多,储量丰富,但是由于我国煤层赋存和地质条件复杂多样,并且煤炭生产95%以上是井下工作,因而容易受瓦斯突出、火灾、瓦斯爆炸等矿井灾害的严重威胁。我国煤矿尚未实现对各种灾害事故的有效控制,重特大恶性矿井事故仍时有发生,特别是近些年来,由于电力用煤需求的大幅增加,煤矿往往是超负荷开采,管理上也有些松懈,煤矿事故发生的频率大大增加,造成了严重的人员伤亡和财产损失。同时由于煤矿矿井系统是十分复杂,而新进矿井工人往往需要很长一段时间才能逐渐熟悉矿井的相关系统,这无疑给矿井安全造成了一定的不利影响。虽然现在煤矿矿井中已经安装了一些自动监测和控制系统,但这些系统的作用往往只能用来监测矿井在正常工作时的状态以及在事故发生后,进行一些相关的分析,无法预知在某些灾害发生后矿井中的状态,无法确定出在灾害发生后,矿井中的危险区域和安全区域,也就无法给矿井工作人员的逃生提供指导。   针对我国较多的煤矿灾难事故,国家逐渐重视对煤矿的安全生产重视起来。在煤炭科学研究总院重庆分院的组织下,国家在2006年审批并通过了一项“十一五” 国家科技支撑计划项目——煤矿瓦斯、火灾与顶板重大灾害防治关键技术,而清华大学的 由长福教授 作为专题负责人承担了“瓦斯煤尘爆炸预防及继发性灾害防治关键技术”。专题的研究目标之一就是通过建立动态的井下通风网络系统来对当瓦斯突出、瓦斯爆炸、冒顶等灾害发生时,矿井中的瓦斯扩散,压力传播,温度改变等情况进行研究,以期发现各种灾害条件下,矿井中的风流运移规律以及灾害扩大的程度和所需用的时间。   正是在这样的背景下,在项目的资助下,由清华大学热能工程系和北京大风天利科技有限公司联合进行软件的开发。在此研究的基础上,通过模拟矿井在不同灾难条件下的工况,就可以对灾害条件下,矿井中的状态进行准确判定,清楚了解各种灾害条件下矿井中的危险区域和安全区域,为矿井工作人员的逃生提供指导。同时,通过对煤矿系统的控制系统的模拟,可以对矿井工作人员进行培训,使其在矿井中发生灾害时,能够及时地采取相应措施,及时避免灾难的扩大,最大程度保护矿井工作人员的生命安全。而通过软件的模拟,在得知矿井在灾难条件下的危险区域后,在矿井正常工作时,要对这些区域进行重点监测和安全隔离措施,同时指出逃生路线,在适当的区域设立避难的场所。软件的开发对煤矿的安全生产以及在灾难发生后,最大程度地降低灾难的危害程度和保存工作人员的生命提供了重要指导。 二、软件的特点及功能   在清华大学热能工程系与北京恒和大风软件技术有限公司的联合研究下,软件已经基本开发完成,并可以在客户有需求的情况之下再进行扩展,实现某些特殊的功能。软件的主要特点如下:   1.仿真模型精度高   管道瓦斯计算的数学模型是在最新的理论研究基础上建立起来的仿真数学模型,为了验证该软件的仿真精度,科研小组在清华大学建立了一个矿井的实验平台,通过不断的在平台上做全工况实验,获取不同运行工况下的数据,并利用实际的数据对数学模型进行不断的验证和修订,确认了最终的仿真算法。   2.画面形象   该仿真软件的画面能够动态的显示矿井的巷道内部瓦斯的浓度和该处的温度,瓦斯的浓度用管道颜色的深浅来表示,颜色越深表示该处的浓度越大,颜色越浅表示瓦斯的浓度越小,如下图所示:    ?   下图是一个矿井系统瓦斯仿真的完整的系统图,该状态是瓦斯正在扩散的一个过程,在扩散的过程中,通过画面我们就能很好的通过颜色的深浅来判断瓦斯浓度的高低,在一些关键的点,该仿真软件还可以自由的设定该处的报警值,当该处的瓦斯浓度达到报警值时,可以通过声光报警来提醒人员注意。   模型的搭建方法:在通过对煤矿矿井通风系统的了解,对其进行分割部分处理之后,可以运用软件中所提供的三种模块,按照所划分巷道的形式选择相应的巷道模块进行矿井通风系统的搭建,整个过程简单方便。在系统搭建完成之后,仿真系统与实际矿井系统便紧密对应联系起来,能够形象地表示矿井系统。    图2: 仿真系统图 ?   3.模块化建模   模块化建模是将实际对象中独立的物理设备作为基本研究对象,讲大系统分解为数目合理、容易处理的基本部件,以一种规范化的标准建立这些基本部件和设备的数学模型,再将其开发成通用的基本模块,然后将这些模块进行连接组态,形成整个系统的仿真模型。   根据煤矿矿井巷道的特点,软件将其主要分为三类:普通巷道、汇流巷道和分流巷道,并根据能量和质量守恒定律,分别建立这三种类型巷道的仿真模型如下:   a) 通过判断进出后压力,确定流动情况。该模型是模拟煤矿中大多巷道的模块,其主要功能是计算巷道内压力、温度、流量、瓦斯浓度等参数的变化。下图为普通巷道模型:    ?   b)通过判断上下级巷道模块的流量信息,充分分析巷道流动中在汇流处发生的所有倒流情况,并执行相应的功能,主要功能是在每一个时间步长,计算出分流模块内已经均匀的压力,温度、流量和瓦斯浓度并传递到相应的上级或下级模块。    ?   c)与汇流模块相似,通过分析来自上下级模块的流量信息进行判断流动的情况,并执行相应的功能,计算所得的结果传递到上级或下级模块。    ?   4.系统功能强大,扩展性好   当系统搭建完成之后,便可以开展灾难条件下,矿井通风系统的模拟仿真。在现有系统的功能基础上,可以进行瓦斯突出、瓦斯爆炸、顶板破坏等煤矿灾害的模拟仿真,能够计算得到矿井各处的瓦斯浓度、压力、温度和流量等重要参数。而在煤矿矿井系统发生变化时,系统能够被及时做出调整,能够与煤矿矿井通风系统保持一致。并且可以根据煤矿现场的实际需要,软件功能进行相应的增加,扩展性能好。   5.仿真过程直观形象,操作方便   在模拟灾难条件下,在界面上能够形象地表示出瓦斯、压力以及温度在巷道中的传播或传递过程,并且能够看到监测点数据的实时变化,并能绘画出监测点一些重要参数如瓦斯浓度、压力和温度等的实时曲线和历史曲线,并在瓦斯浓度超过一定值时,提示报警。在进行矿井灾难模拟时,工作人员只需要在界面上修改数据,而无需在系统仿真模型界面进行修改,操作方面,特别适合新手进行培训演练。 ? 三、软件在现阶段能够完成的功能   1)对矿井工作人员进行培训   通过模拟矿井灾难,提高矿井工作人员的安全意识,并在灾难发生后,能够及时采取有效措施进行控制或者在软件的指导下,进行逃生路径的选择并躲避危险。   2)对危险区域进行预知防范   通过模拟各种类型的矿井灾难,在软件的指导下,清楚了解矿井系统中的危险区域,并在平时生产中加强监控,并在危险区域进行一定的安全设施布置,以在灾难发生后能够及时启动安全设施,防治灾难的进一步扩大。   3)对降低灾难危害或尽快消除灾难提供指导   通过模拟某种矿井灾难发生时矿井内的情况,在软件尝试各种办法寻找控制灾难扩大和尽快消除灾难的措施,以期找出最快最有效的方法。   4)为在矿井中设置一些避难区域提供指导   通过模拟矿井灾难,计算出灾难在矿井中波及的范围以及所需的时间,在灾难波及所需时间较短的区域开辟避难场所以保护此区域的矿井工作人员的生命安全。 四、软件的前景   软件在现阶段所能完成的功能能够满足煤矿培训员工的需求,并在降低灾难危害,减少人员伤亡方面提供一定的理论指导。由于软件的扩展性较好,根据不同用户的需求,使软件的功能得到进一步扩展和增强,如实现仿真系统与煤矿地理信息系统以及一些监测系统的连接,从而达到监控的目的等。在我国煤矿数目众多和矿井灾害频发的背景下,该软件能够为煤矿提供一定的帮助,有着广泛的应用前景。
              1?背景 ?????? 随着能源有效利用和节能减排的紧迫需求,综合能源站的建设引起了越来越多的关注。由于综合能源站系统复杂,且集发电、供热、制冷、蓄能等多种功能于一体,包含大量新设备,没有成熟的运行经验,如何保证系统安全和高效地运行,对运行单位带来了严峻的挑战。 ???????由于综合能源系统存在多能流的耦合,时间尺度的不统一,设施本身机理及协同运转机理、动态特性、协同调度与优化、能源网络路由、系统评价等一系列技术问题包含在规划、设计、建设、运行、运营各个环节中,使用仿真技术进行相关研究是比较切实可行的方法。 2?系统概述 ???? ? 综合能源站仿真系统以北京大风天利科技有限公司成熟的大型科学计算与仿真支撑平台SimuWorks?为基础,以某能源公司综合能源站为仿真对象开发而成,涵盖了燃气轮机、汽轮机、发电机、余热锅炉、溴化锂机组、电制冷机、热泵、储能装置、热力官网、以及各种辅助设备,包括阀门、泵、换热器等。 ???????该仿真系统不但可以用于综合能源站运行人员的实操培训、事故演练和上岗考核,而且可以用于各种研究目的,包括运行方案验证、负荷预测、控制策略优化等功能。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? 图1??仿真系统软件组成 3?软件组成 ???? ?? 仿真系统的软件组成见上方图 1所示,其中各组成部分的功能下面将逐一说明。 3.1 仿真引擎SimuEngine ???? ?? 仿真引擎SimuEngine是大风科技仿真平台SimuWorks?的重要组成部分,是介于仿真系统和计算机操作系统之间的可视化仿真支撑系统。 3.2 图形化建模软件SimuBuilder ?????? 图形化建模软件SimuBuilder也是SimuWorks?的重要组成部分,它在SimuEngine的支撑下,使用图形化的方法进行系统建模的工具软件。仿真系统开发完成后,可以作为工程师站使用。 3.3 设备模块库与算法库 ???? ? SimuWorks?提供了大量成熟的设备模块库与算法库,可以满足对综合能源站主要设备和系统仿真的需要。这些仿真数学模型一般是以机理为基础,适当结合一些必要的经验公式,并使用运行数据进行修正,既保证了模型的准确度,又保证了实用性。 3.4 综合能源站系统数学模型 ?????? 在SimuBuilder中,利用上述设备模块库,构成综合能源站系统数学模型组态图,进一步生成数学模型源代码,最终生成可执行代码,用以模拟综合能源站全流程的动态特性。 3.5?操作界面 ?????? 操作界面提供对操作员站和就地操作的模拟,用于对仿真运行数据进行查看和修改、对仿真过程进行记录和控制。 3.6?教控台软件SimuTeacher ?????? 教控台软件主要包括以下功能: ??????? ??初始工况选择? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??重演与追忆 ??????? ??工况快速保存? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??修改仿真速度 ??????? ??参数修改? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ???操作监视和记录 ??????? ??故障设置? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ???自动分组 ??????? ??冻结与解冻? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ??远程控制? 3.7?自动评分系统SimuScorer ?????? SimuScorer既可以用于实操考试,也可以用于理论考试。对于实操考试,它支持自定义规则,可以记录操作过程,并对学员的操作效果做出自动评价。多人同时考试时,每个考生的试卷可以随机生成,通过教师端进行集中管理。 4?硬件组成 ?????? 仿真系统的硬件见下方图 2所示,主要由普通商用PC机、大屏幕投影系统、网络设备。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? 图2??仿真系统硬件组成 4.1?服务器 ?????? 运行SimuEngine服务器端和数学模型软件。 4.2?教控台 ?????? 运行教控台软件和自动评分系统,主要用于培训目的。 4.3?操作员站 ?????? 运行监控界面软件,用于模拟远程控制室中的监控操作。 4.4?就地操作站 ?????? 运行就地操作软件,用于模拟现场的就地操作。 4.5?工程师站 ?????? 运行SimuEngine客户端、SimuBuilder、SimuManager等软件实现二次开发功能,可以通过修改环境和设备参数、系统流程和控制策略,构建新的仿真系统,并实现研究、分析和优化功能。 4.6?大屏幕投影设备 ?????? 可以用来显示任一计算机的画面,主要用于教学和展示目的。 5?仿真功能 ?????? 根据某能源公司的要求,仿真系统应该可以实现培训、展示、体验和研究等目的,以下针对上述要求加以详细说明。 5.1?培训功能 ?????? 可以从如下几个方面体现对运行人员的培训功能: ?????? 1)?认识系统和设备,了解系统动态特性; ?????? 2)?熟悉各种工况下的操作; ?????? 3)?通过故障模拟功能,进行反事故演习; ?????? 4)?使用自动考评方法,对学员进行考核。 5.2?展示功能 ?????? 透过大屏幕投影,可以展示设备结构、系统工艺流程、不同工况的运行状况等。另外,还可以利用讲解功能软件,以语音的方式体现展示功能。 5.3?体验功能 ?????? 通过操作仿真系统,可以体验系统构成、不同工况下的运行状况等。 5.4?研究功能 ?????? 针对综合能源站全流程,可以通过多种方式开展仿真研究工作。这些研究工作可能无法或者很难在实际系统上进行,主要基于以下几个方面的原因: ?????? 1)?不是所有的情况都能在实际情况下遇到,或者很难遇到,如极寒天气; ?????? 2)?有些研究工作可能是破坏性的,在实际情况下代价太大,如设备损坏; ?????? 3)?有些研究所需的过程太长,不便于在实际系统上开展,如管壁结垢; ?????? 4)?有些工作本来就是准备未来要做的,如更换新型设备。 ?????? 以上有些情况尽管很少遇到,可一旦发生,可能会导致严重的问题。通过仿真系统对可能发生的情况进行预先研究和分析,将可以很好地解决这一问题。 5.4.1?预测环境参数变化的影响 ?????? 仿真系统与实际系统一样,很多环境参数的变化都会影响到系统的运行状态,这些参数包括大气压、大气温度、燃料品质等。利用仿真系统,可以任意修改这些环境参数,甚至给出极端情况下的值,通过对系统的动、静态特性的观察,研究这些参数变化对系统可能产生的影响,给出更合理、更安全的控制运行方案。 5.4.2?寻找最佳设备参数和选型 ?????? 采用不同的设备或者设备状态的好坏,将直接影响实际生产的安全和效率。通过修改设备参数,可以在仿真系统上对此进行深入的研究,通过对比选择不同设备对系统动、静态特性的影响,在保证系统安全运行的情况下,实现最高的经济性能。 5.4.3?寻找最佳控制策略 ?????? 控制系统为增和能源站全流程系统的安全和高效运行,提供了基本的保障。在实际系统上,考虑到安全的因素,很难通过反复试验寻找最优控制策略。通过仿真系统,可以很好地解决这一矛盾,通过对不同的控制参数和控制方案进行研究对比,实现这一目的。 5.4.4?改进工艺流程 ?????? 在进行系统设计或改造时,可以利用方便的图形化建模功能,针对工艺流程的多种可能方案进行仿真研究,包括设备选型、系统结构、运行方式等,以选择最佳方案,实现最小的投资、最高的效益。 5.4.5?校核与改进运行规程 ?????? 可以利用仿真系统对运行规程进行校核,发现存在的问题,并加以改进,并寻找最佳运行方案。
              另类综合