電站機(jī)組正向著大型化和復(fù)雜化方向發(fā)展，應(yīng)用傳統(tǒng)方法對(duì)電站機(jī)組進(jìn)行研究很難滿足其時(shí)間和精度上的要求，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速進(jìn)步，應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)電站機(jī)組進(jìn)行模擬分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)已成為人們解決電站實(shí)際問題的一個(gè)十分重要的手段．美國(guó)電力研究所(EPRI)研制出了一種通用的、使用方便的、有效的電站機(jī)組的動(dòng)態(tài)特性和運(yùn)行分析的軟件包MMS( Modu-lar Modelling System)即模塊化建模系統(tǒng). MMS問世后，在全世界得到了廣泛的應(yīng)用．1996年以前的MMS版本僅包括非實(shí)時(shí)模塊，只適用于電站工程分析．在2004年，由重慶大學(xué)“211”項(xiàng)目引進(jìn)的MMS最新版本中，它不但保持了MMS原有的風(fēng)格，而且，還包括了適應(yīng)于電站仿真培訓(xùn)的實(shí)時(shí)模塊．為了研究MMS中新添加的實(shí)時(shí)模塊的性能，以內(nèi)蒙古達(dá)拉特旗發(fā)電廠330MW機(jī)組亞臨界自然循環(huán)鍋爐為研究對(duì)象，分別使用MMS實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)模塊建立了亞臨界自然循環(huán)鍋爐動(dòng)態(tài)模型，對(duì)實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行了研究比較。富通新能源生產(chǎn)銷售生物質(zhì)鍋爐，生物質(zhì)鍋爐主要燃燒顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料，同時(shí)我們還有大量的楊木木屑顆粒燃料和玉米秸稈顆粒燃料出售。
1、實(shí)時(shí)模塊的性能特點(diǎn)
1.1MMS概述
    MMS主要用于電站工程分析、預(yù)測(cè)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)特性、診斷設(shè)備異常、培訓(xùn)電站運(yùn)行人員等．MMS有以下主要優(yōu)點(diǎn)：1）使用者可以從預(yù)先確定的電站部件模塊庫(kù)中選用模塊，快速建立電站系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真運(yùn)行，適用于快速建模．2）每個(gè)模塊都包含了描述其特性的所有控制方程，模塊具有很好的通用性，只要模塊接口規(guī)范，相互連接，可以構(gòu)成更大的仿真模型．3）模塊可以通過調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的計(jì)算子程序來執(zhí)行模型穩(wěn)態(tài)初始化的計(jì)算，這些計(jì)算被稱為自動(dòng)參數(shù)化，避免了模型初始化時(shí)重復(fù)、枯燥的手工計(jì)算.4）系統(tǒng)集成了圖形建模、ACSL語(yǔ)言及MATLAB控制特性分析工具等，極大的方便了使用者．5）每個(gè)部件模塊都進(jìn)行了驗(yàn)證，提高了整體計(jì)算精度，能夠保證以其構(gòu)成的系統(tǒng)仿真模型具有很高的精度．6）可以通過在線幫助得知模塊的功能信息．7）新添加了實(shí)時(shí)模塊，使用者可以通過實(shí)時(shí)模塊來建立電站培訓(xùn)仿真器模型．
1.2 MMS實(shí)時(shí)模塊與非實(shí)時(shí)模塊的區(qū)別
    文中所闡述的實(shí)時(shí)模塊其實(shí)是超實(shí)時(shí)的，實(shí)際過程對(duì)象的變化受很多因素影響，為了能實(shí)時(shí)地仿真實(shí)際變化過程，用實(shí)時(shí)模塊建立的模型，其響應(yīng)速度必須比對(duì)象實(shí)際的過程要快才能達(dá)到與實(shí)際對(duì)象同步的效果．非實(shí)時(shí)模塊由于受其算法的局限，不能達(dá)到實(shí)時(shí)的效果．
1.2.1壓力一流量方程解算法的不同
  實(shí)時(shí)模塊與非實(shí)時(shí)模塊在壓力一流量方程的解算方法上有很大的不同．下面結(jié)合流體的控制微分方程來說明，流過管道截面流體的控制微分方程為
1.2.2壓力一流量方程解算的過程不同
    MMS非實(shí)時(shí)模塊包含其所有控制方程的代碼，而實(shí)時(shí)模塊不是這樣．實(shí)時(shí)模塊是用代數(shù)方程解算器把流動(dòng)方程和動(dòng)量方程合起來解算．MMS實(shí)時(shí)模塊給解算器提供信息，解算器需要計(jì)算通過模塊的流量就把流量作為模塊的人口端和出口端壓力的函數(shù)．解算器使用這些信息來羅列一個(gè)完整的流體網(wǎng)絡(luò)的方程組，信息的補(bǔ)充是通過邊界條件模塊來補(bǔ)充的，解算器解算方程組得到流體網(wǎng)絡(luò)的壓力和流量．編碼一個(gè)MMS實(shí)時(shí)模塊，需要知道通過壓力一流量解算器的信息和壓力一流量解算器輸出的信息．壓力一流量方程組是由在每一個(gè)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)流量總和為零的限制方程組成；在這里，一個(gè)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)被定義為一個(gè)無體積的點(diǎn)作為流體網(wǎng)絡(luò)支流的連接點(diǎn)．支流的流量是每一個(gè)支流末端壓力的函數(shù)，支流的流導(dǎo)系數(shù)和其它相關(guān)的流動(dòng)參數(shù)是已知的，邊界壓力是已知的；未知的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的壓力可以得到，對(duì)于每一個(gè)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)，有一個(gè)方程和一個(gè)未知壓力；非線性方程同時(shí)求解可得到所有內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的壓力．所有內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的壓力得到之后，通過每一個(gè)支流的流量就可以由壓力來計(jì)算，方程組的求解采用的是變化的牛頓一拉費(fèi)森法，對(duì)于每一次迭代，非線性方程被重新線性化并直接求解。
   非實(shí)時(shí)模塊和實(shí)時(shí)模塊之間的差別僅適用于那些模擬流體流動(dòng)的模型，非實(shí)時(shí)模塊僅通過比鄰的模塊傳遞和接受信息來計(jì)算壓力和流量；實(shí)時(shí)模塊給一個(gè)獨(dú)立的解算器傳遞信息，解算器同時(shí)對(duì)一個(gè)流體網(wǎng)絡(luò)各分支的壓力和流量進(jìn)行計(jì)算。富通新能源生產(chǎn)銷售的生物質(zhì)鍋爐以及木屑顆粒機(jī)壓制的生物質(zhì)顆粒燃料是客戶們不錯(cuò)的選擇。
1.3 MMS實(shí)時(shí)模塊的類型
    1)外部節(jié)點(diǎn)（邊界節(jié)點(diǎn)）．外部節(jié)點(diǎn)代表壓力已經(jīng)給定的邊界條件；模塊是外部節(jié)點(diǎn)的例子是LEFTR（輸入邊界模塊）和RIGHT(輸出邊界模塊)．
    2)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)，內(nèi)部節(jié)點(diǎn)代表的是無體積點(diǎn)，這些點(diǎn)連接多重分支．內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的壓力是未知的，內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的壓力是通過流量解算器求得的．對(duì)于內(nèi)部節(jié)點(diǎn)，壓力一流量解算器使用的控制方程是一個(gè)代數(shù)方程，它代表流人節(jié)點(diǎn)總和的關(guān)系式為零；因此，對(duì)于每一個(gè)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)，有一個(gè)未知的壓力和一個(gè)代數(shù)方程，模塊是內(nèi)部節(jié)點(diǎn)的例子是UJUNC（具有多個(gè)輸入和輸出的連接模塊）．
    3)I型阻力型模塊．I型阻力型模塊可以串聯(lián)起來，因此，在2個(gè)節(jié)點(diǎn)之間，一個(gè)或更多的I型阻力型模塊可以被相互連接形成支流，節(jié)點(diǎn)可以是外部節(jié)點(diǎn)也可以是內(nèi)部節(jié)點(diǎn)；I型阻力型模塊的實(shí)例是PIPE（管道模塊）．
    4)Ⅱ型阻力型模塊，Ⅱ型阻力型模塊也代表一個(gè)流動(dòng)路徑，但是它們的控制方程要求它們的入口和出口必須直接連接到一個(gè)節(jié)點(diǎn)上，這個(gè)節(jié)點(diǎn)可以是內(nèi)部節(jié)點(diǎn)也可以是外部節(jié)點(diǎn)；換而言之，Ⅱ型阻力型模塊不可以像I型阻力型模塊那樣串接．Ⅱ型阻力型模塊的實(shí)例是TURBR(汽輪機(jī)反動(dòng)級(jí)模塊)．
2仿真對(duì)象概述
    所建模仿真對(duì)象為內(nèi)蒙古達(dá)拉特旗發(fā)電廠330MW發(fā)電機(jī)組鍋爐，鍋爐額定蒸發(fā)量為936.5 t/h，過熱蒸汽壓力為17.65 MPa，過熱蒸汽溫度為541℃，汽包壓力為19.53 MPa.該鍋爐型式為單汽包、單爐膛、亞臨界參數(shù)、一次中間再熱，自然循環(huán)水管式煤粉爐．使用東勝煙煤，鍋爐采用旋流燃燒器，固態(tài)排渣，平衡通風(fēng)．設(shè)計(jì)燃燒最低穩(wěn)燃負(fù)荷35% MCR．
3、對(duì)象的仿真模型
    頂棚過熱器與包墻過熱器合并用一附加受熱面代替．布置在尾部豎井煙道內(nèi)的2個(gè)低溫過熱器采用一個(gè)對(duì)流受熱面模塊進(jìn)行模擬，為了能更加清晰地對(duì)實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)模型做比較分析，文中對(duì)實(shí)際系統(tǒng)做了很大的簡(jiǎn)化，簡(jiǎn)化后的仿真模型如圖1所示，圖2和圖3分別為在MMS仿真環(huán)境下的非實(shí)時(shí)和實(shí)時(shí)模型連接圖．
4、仿真試驗(yàn)及動(dòng)態(tài)特性分析
筆者在做仿真試驗(yàn)時(shí)，非實(shí)時(shí)模型采用0.05s的時(shí)間步長(zhǎng)，實(shí)時(shí)模型采用0.5 s的時(shí)間步長(zhǎng)，實(shí)時(shí)模型為了達(dá)到實(shí)時(shí)的效果，采用了大時(shí)間步長(zhǎng)，其精度要比非實(shí)時(shí)模型稍差一點(diǎn)，但其誤差在允許范圍之內(nèi)，下面列出了在兩種擾動(dòng)狀態(tài)下的非實(shí)時(shí)和實(shí)時(shí)模型的部分仿真結(jié)果．
4.1燃料量階躍擾動(dòng)-5。
    穩(wěn)定運(yùn)行100 s之后加入-5%燃料量階躍擾動(dòng)，主要響應(yīng)的動(dòng)態(tài)曲線如圖4和圖5所示，仿真試驗(yàn)時(shí)解除所有控制系統(tǒng)．
    如圖4所示，由于換熱量減小，在其它條件不變的情況下，產(chǎn)汽量必將減小，這樣汽包的蒸汽比例降低，汽包壓力將逐步減小并最終趨于穩(wěn)定．對(duì)于實(shí)時(shí)模型其壓力變化比較平緩，非實(shí)時(shí)模型和實(shí)時(shí)模型相比，其壓力變化要?jiǎng)×乙恍��?br />     隨著汽包壓力和過熱蒸汽壓力的下降，過熱蒸汽流量開始減少，隨著壓力逐漸趨于平衡，流量最后趨于穩(wěn)定．從圖上可以看出，實(shí)時(shí)模型流量的變化較平緩，非實(shí)時(shí)模型流量變化較劇烈，主要是由于非實(shí)時(shí)模型的壓力變化較實(shí)時(shí)模型大一些．
4.2給水量階躍擾動(dòng)- 5%
    穩(wěn)定運(yùn)行100 s之后加入-5%給水階躍擾動(dòng)，主要響應(yīng)的動(dòng)態(tài)曲線如圖6和圖7所示，仿真試驗(yàn)時(shí)解除所有控制系統(tǒng)．
    由于給水量階躍減少，在蒸發(fā)量不變的情況下，必然導(dǎo)致上升管出口蒸汽干度增大，汽包壓力逐漸升高，最后趨于穩(wěn)定，對(duì)于實(shí)時(shí)模型，其壓力變化幅度較非實(shí)時(shí)模型要小一些，非實(shí)時(shí)模型壓力變化大一些．
隨著汽包壓力和過熱蒸汽壓力的升高，過熱蒸汽流量開始增加，隨著壓力逐漸趨于平衡，流量最后趨于穩(wěn)定．對(duì)于實(shí)時(shí)模型過熱蒸汽流量的變化要比非實(shí)時(shí)模型小一些，主要是由于實(shí)時(shí)模型的壓力變化較非實(shí)時(shí)要小。
5、結(jié)論
  通過試驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)時(shí)模型和非實(shí)時(shí)模型都能夠正確反映自然循環(huán)鍋爐系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性；實(shí)時(shí)模型采用10倍于非實(shí)時(shí)模型的時(shí)間步長(zhǎng)，大大節(jié)省了計(jì)算量，還能保證其誤差在允許范圍之內(nèi)，因而，實(shí)時(shí)模快可以有效地用于實(shí)時(shí)仿真，因此，可以利用實(shí)時(shí)模塊建立培訓(xùn)仿真機(jī)模型進(jìn)行更為精確和范圍更廣的電站培訓(xùn)仿真。