Aktuální vydání

celé číslo

08

2019

MSV 2019 v Brně

celé číslo

Rozvoj řídicích systémů Elektrárny Opatovice

1. Úvod

Elektrárna Opatovice, a. s., (EOP) je významný dodavatel tepla a elektrické energie. Je schopna poskytovat také podpůrné služby (primární regulace frekvence bloku, sekundární regulace výkonu bloku, patnáctiminutová záloha). Po roce 1998 zahájila EOP intenzifikaci řízení technologie s cílem uspořit obslužný personál. Hlavním prostředkem bylo plné využití propojených řídicích systémů a jejich nadstavby. Byla sloučena operátorská pracoviště a přemístěna do společného velínu. Aby byly obsluhy připraveny na zvládání dvou a více pracovišť, bylo rozhodnuto vytvořit výukový simulátor (learning simulator) a tréninkový simulátor (operators training simulator) pro nácvik identifikace a řešení nestandardních provozních stavů, jako je najíždění a odstavování zařízení a poruch.

K tomu byl vytvořen trenažér pracoviště dvou kotlů G 250 EOP včetně ovládacích prvků „mozaika“. Jde o trenažér simulačního typu, tzn. že dva parní kotle se společnou parní sběrnou a dva turbogenerátory jsou počítačově simulovány a k nim jsou emulovány řídicí automaty Sandra od firmy ZAT. Jde o model jedné parní technologické sekce. Reál­ná teplárna zahrnuje tři takové sekce, které se liší typem zapojených parních turbín (turbíny kondenzační, odběrová a protitlaká). Monitorovací a ovládací systém na simulátorech je realizován použitím provozní aplikace systému InTouch (Wonderware), která byla rozšířena vytvořením pracoviště instruktora, z nějž je řízen a monitorován výcvik.

Dále bylo vytvořeno zjednodušené pracoviště strojníka pro dva kondenzační turbogenerátory, zahrnující dvoumonitorovou operátorskou stanici InTouch.

Obdobně byl realizován trenažér pracoviště operátora všech elektrárenských rozvoden EOP R110kV a R6kV, včetně vyvedení výkonu do distribuční soustavy ČEZ Distribuce (dříve VČE), který je využíván pro výcvik a přezkušování elektromanipulantů. Tento trenažér je založen na třífázovém modelu šesti generátorů a rozvoden a umožňuje modelování manipulací a poruchových stavů v distribuční rozvodně a rozvodnách vlastní spotřeby. Pracoviště sestává z operátorských stanic InTouch, projekce informačního panelu (emulace nástěnného panelu od firmy Apel) a instruktorské stanice, ze které instruktor řídí a monitoruje činnost obsluhy. Na operátorském pracovišti je paralelně připojen i systém automatické regulace napětí a jalových výkonů (ASRU) koordinovaný s dispečerským pracovištěm ČEZ Distribuce.

Jako poslední byly realizovány trenažéry pro výcvik obsluh záložních kotlů, které fungují jako záložní zdroje tepla v Hradci Králové, Pardubicích a v Chrudimi. Jde o plynové kotle, pro jejichž obsluhy je povinné provozovat kotel po minimální předepsanou dobu během roku. Hlavním smyslem trenažérů je možnost zajistit tuto povinnost bez nutnosti najetí kotlů. Pracoviště přímo využívá operátorské stanice kotlů (InTouch), které se pro potřebu výcviku odpojí od sběrnice automatů a připojí se k modelu kotle a řídicího systému, který je nainstalován na přenosném notebooku. Jde o inovativní řešení výrazně snižující investiční náklady na realizaci trenažérů.

Jednou z inženýrských úloh simulátorů a inženýrských trenažérů je výuka a školení metod automatizace a procesu ladění parametrů regulátorů s využitím modelu bloku elektrárny a dynamických simulací. V článku je popsán „simulační“ postup ladění regulátoru pro stavový Luenbergerův regulátor s pozorovatelem aplikovaný na regulaci teploty přehřáté páry na uhelném parním kotli. Příslušnou teorií a užitím pokročilých metod řízení, včetně stavových, citlivostních a inteligentních regulátorů, snímačů a akčních členů, se zabývá i moderní česká literatura (budou uvedeny příklady). Jako zajímavost bude popsán regulační příklad tzv. „efektu nafouknutého balonku, který je též nazýván „efekt vodní postele“ či „efekt přeházeného sněhu“. 

2. Základní údaje Elektrárny Opatovice

Technologie EOP je tvořena šesti uhelnými kotli (tepelný výkon do soustavy zásobování teplem 698 MW) a šesti turbogenerátory 60 až 65 MW (celkový elektrický výkon je 363 MW). Instalované turbogenerátory jsou poháněny třemi kondenzačními turbínami, dvěma turbínami odběrovými a jednou turbínou protitlakou.

Čtyři kotle jsou retrofitované s emisí NOx pod 200 mg/Nm3 a látkovými filtry s emisí tuhých znečišťujících látek pod 10 mg/Nm3. Dva kotle jsou vybaveny původními elektrofiltry. Elektrárna má dvě odsiřovací linky.

Neblokové provozy tvoří hlavní výměníková stanice, chemická úpravna vody, suchá doprava popela, míchací centrum, zauhlování, chladicí věže, distribuční rozvodna R110kV, rozvodny vlastní spotřeby 6 kV a soustava zásobování teplem pro Hradec Králové, Pardubice, Chrudim a Bohdaneč. 

Obr. 1. Do roku 1991 byla technologie EOP řízena sekvenčními automaty na bázi reléové techniky a regulace byly realizovány elektronkovým systémem VTI (SSSR)

2.1 Řízení EOP v letech 1958 až 1991

Do roku 1991 byla technologie EOP řízena sekvenčními automaty na bázi reléové techniky a regulace byly realizovány elektronkovým systémem VTI (SSSR). Modernější technologie byly regulovány za pomoci modulárního systému Modin (TG5 a K5, od roku 1985) a kompaktních regulátorů Notrik (TG6 a hlavní výměníková stanice, od roku 1978). Modin i Notrik byly tuzemské výroby (ZPA). Výcvik obsluh probíhal ad hoc metodou „otec – syn“. 

2.2 Řízení EOP v letech 1991 až 1998

V letech 1991 až 1998 byla EOP kompletně osazena řídicím systémem ZAT E a ZAT D s operátorskými stanicemi Geadat Z300 (AEG Schneider Automation), později, od roku 1994, InTouch (Wonderware).

Řídicí systém ZAT E řídil kotle, turbogenerátory, hlavní výměníkovou stanici, odsíření, chemickou úpravnu vody, suchou dopravu popela, míchací centrum, centrální regulátor výkonu, rozvodny elektřiny 110 kV, 10 kV a 6 kV. Řídicí systém ZAT D2 řídil zauhlování a čisticí stanice chladicí vody.

Tyto systémy zajišťovaly funkce regulací, sekvenčního řízení, zabezpečovacích systémů, HMI a historizace dat.

Výcvik obsluh systémem „otec – syn“ byl doplněn kompletními provozními předpisy MaR popisujícími funkce řídicího systému. Vznikl také první trenažér pro výcvik v ovládání PC. Plnohodnotná grafika systému InTouch však přináší první problém: obsluhy místo řízení technologie „hrají hru technologie“. 

2.3 Řízení EOP v letech 1998 až 2012

Po roce 1998 zahájila EOP intenzifikaci řízení technologie s cílem uspořit obslužný personál. Hlavním prostředkem bylo plné využití propojených řídicích systémů a jejich nadstavby. Byla sloučena operátorská pracoviště (z jednoho pracoviště se řídily dva kotle nebo dva turbogenerátory) a přemístěna do společného velínu. Značně tím vzrostly požadavky na obsluhy především v nestandardních provozních stavech, které se nevyskytují často. Původní systém výcviku proto již nevyhovoval. Řešením byl pouze trenažér s plnohodnotnou grafikou operátorské stanice a funkcemi co nejvíce podobnými skutečné technologii. Komplikací se však ukázala ovládací pracoviště typu „mozaika“ – viz obr. 2.

Obr. 2. V letech 1991 až 1998 byla EOP kompletně osazena řídicím systémem ZAT E a ZAT D s operátorskými stanicemi Geadat Z300, později InTouch

Byly instalovány nové řídicí systémy pro systémovou podporu přenosové soustavy, podpůrné služby primární regulace frekvence bloku a ostrovní provoz. 

2.4 Výcvik obsluh v letech 2001 až 2012

Pro požadované snížení stavu obsluh bylo nutné zavést zcela jinou koncepci výcviku. Bylo třeba vytvořit pracoviště pro výcvik činnosti obsluh při nestandardních provozních stavech, jako jsou poruchy, najíždění a odstavování, a zpracovat kompletní program výcviku obsluh s dopadem na hodnocení a odměňování pracovníků. 

Obr. 3. V letech 1998 až 2012 byla sloučena operátorská pracoviště (z jednoho pracoviště se řídily dva kotle nebo dva turbogenerátory) a přemístěna do společného velínu

2.4.1 Trenažér kotlů a turbogenerátoru

Zadání pro výběrové řízení trenažéru kotlů stanovovalo rozsah požadovaných funkcí modelu kotle, turbogenerátoru a společné parní sběrny včetně funkční „mozaiky“ pro trenažér. Vybraná nabídka obsahovala tři operátorské stanice InTouch (dva kotle a jeden turbogenerátor), kompletní pracoviště „pult/mozaika“ dvou kotlů a pracoviště instruktora. Základní schéma trenažéru je na obr. 4, pracoviště trenažéru kotlů je na obr. 5

Obr. 4. Základní schéma trenažéru dvou kotlů a turbogenerátoru

2.4.2 Dispečerský trenažér elektrorozvoden

Dispečerský trenažér elektrorozvoden byl určen pro standardní i nestandardní manipulace prováděné prostřednictvím řídicího systému ZAT nebo mimo něj (hardwarové ovládací prvky, regulace buzení). Bylo nutné nacvičit koordinaci činností se strojníkem při fázování turbogenerátoru, činnost při poruchách typu jedno-, dvou- či třífázových zkratů v různých místech rozvoden, řízení napětí v rozvodně R110kV a v rozvodnách 6 kV vlastní spotřeby, změny frekvence, ostrovní provoz a změny spotřeby v síti 110 kV dané změnou zátěžného úhlu.

Obr. 5. Pracoviště trenažéru kotlů

Sestavu trenažéru tvořily dvě operátorské stanice PC pro manipulanta se třemi monitory, jedna stanice PC pro instruktora, dataprojektor pro projekci funkčního obrazu mozaiky od firmy Apel a hardwarové prvky pro ovládání náhradního buzení turbogenerátoru.

Základní schéma trenažéru je na obr. 6, pracoviště trenažéru rozvoden je na obr. 7

2.4.3 Trenažér záložních zdrojů

Trenažér záložních zdrojů (jediný, který se dosud plně využívá) obsahuje simulační model PLC a technologie záložních zdrojů K13 Chrudim a K15 a K16 Hradec Králové. Trenažér využívá operátorskou stanici příslušného zdroje, kterou, po odpojení od provozní sběrnice, připojuje k modelu PLC a technologie instalovanému na přenosném notebooku. Na operátorské stanici se pro výcvik spouští instruktorská aplikace, výcvik probíhá při odstaveném technologickém zařízení a nahrazuje povinné hodiny obsluhy na jedoucím zařízení. Přínosem je úspora paliva kotlů při povinném výcviku obsluh a nízké investiční náklady na trenažér díky využití reálného pracoviště. Základní schéma trenažéru je na obr. 8, pracoviště trenažéru topiče je na obr. 9

Obr. 6. Základní schéma trenažéru rozvoden


2.5 Současný stav

Současný stav je ovlivněn těmito skutečnostmi:

  • retrofit čtyř kotlů, instalace nového řídicího systému ZAT Sandra na čtyřech kotlích, hlavní výměníkové stanici a šesti turbogenerátorech,
  • instalace nových ochran a řídicího systému na rozvodnách 110 kV, 10 kV a 6 kV,
  • výstavba nového odsíření.

Trenažér kotlů a turbogenerátorů je tedy pro výcvik nepoužitelný, protože neodpovídá nové skutečnosti. O realizaci nového trenažéru zatím nebylo rozhodnuto.

Obr. 7. Pracoviště trenažéru rozvoden

Trenažér rozvoden lze nyní využívat v omezeném rozsahu (jako generický – výukový, viz dále klasifikace trenažérů), neboť po rekonstrukci rozvoden neodpovídá nové realitě (není to výcvikový trenažér typu replika). Upgrade je zařazen v investičním plánu 2018 a v současnosti probíhá jeho realizace.

Trenažéry záložních zdrojů jsou plně využívány ke spokojenosti provozovatele.

Informace o trenažérech EOP byly průběžně publikovány v odborných článcích, v prezentacích na seminářích a konferencích. Technické údaje a popisy trenažérů EOP byly uvedeny na konferencích Poděbrady v letech 2003 až 2017 [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7]. 

Obr. 8. Základní schéma trenažéru záložních kotlů

3. Inženýrské využití simulátorů a trenažérů v oblasti regulace a automatizace

Inženýrské porozumění technologickému procesu a jeho správné operátorské provozování jsou prostředky pro optimalizaci provozu (ekonomickou i technologickou). Domluva mezi objednatelem (provozovatelem) výrobny a dodavatelem simulátoru je však komplikovaná a zdlouhavá (zejména je-li jeden z partnerů „nováčkem“). V rámci inženýrinku si objednatel a provozovatel simulátoru (např. elektrárenská nebo teplárenská společnost) musí položit několik otázek.

Otázka 1: Jaký je cíl výuky, školení a tréninku? Je to trénink všech operátorů (topičů, strojníků, manipulantů a elektrodispečerů), nebo pouze jedné skupiny operátorů? Je to trénink operátorů z více elektráren, nebo pouze operátorů jednoho bloku?

Otázka 2: Jaký má být rozsah školení a tréninku? Bude simulátor pouze školicí pomůckou, nebo bude využíván v uceleném systému výuky, včetně učebnicové výuky teo­rie fyzikálně-tepelných procesů, nebo psychologických testů školených žáků? Bude využíván pouze generický zjednodušený trenažér, nebo specifický trenažér typu replika plného rozsahu?

Otázka 3: Jakých výsledků chce objednatel dosáhnout školením a tréninkem? 

3.1 Klasifikace simulátorů a trenažérů

Obecně se rozeznávají tři základní typy simulátorů a trenažérů.

První jsou výukové simulátory (learning simulators). Ty jsou určeny pro výuku základních principů, provozních jevů a dynamických charakteristik typických technologických zařízení, např. uhelného parního bloku či distribuční nebo přenosové sítě. Jako výukové simulátory se mohou použít zjednodušené generické modely.

Druhé jsou inženýrské simulátory (engineering simulators), které jsou určeny např. pro zjištění vlivu změny konstruk­čních parametrů na dynamiku bloku, ověření vhodných regulačních smyček a nastavení parametrů regulátorů, pro analýzu přechodových a jiných dějů apod. V tomto případě mohou být použity detailní modely celého zařízení (full scope) nebo pouze specifické detailní modely (part task) jednoho technologického zařízení. Třetí jsou výcvikové trenažéry (operatortraining simulators, OTS), určené pro periodické školení a trénink operátorů, popř. jiného provozního personálu. Pro výcvikové trenažéry se používají plnorozsahové modely s věrnou kopií pracoviště obsluhy – replikou.

Obr. 10. Závislost investičních nákladů na typu simulačního trenažéru

Na obr. 10 je závislost investičních nákladů na typu simulačního trenažéru. V tab. 2 je informativní cena dodávky simulačního trenažéru (v normovaných cenových jednotkách). Je třeba upozornit na to, že z metodických důvodů je použita lineární závislost. Z obr. 10 je zřejmé, že závislost lineární není, a proto údaje v tab. 2 plně neodpovídají skutečnosti.

Indikativní seznam potřebných dokumentů k vývoji modelů energetických zdrojů a trenažérů či simulátorů lze specifikovat takto:

  • provozní předpisy – obecné pochopení a scénář vývoje modelu,
  • schéma potrubního propojení a provozních přístrojů (Process & Instrumentation Diagrams, P & ID) – specifikace měřicích prvků a regulačních obvodů,
  • specifikace a parametry řídicích a regulačních smyček,
  • SCADA/HMI,
  • technologická schémata, např. kotel: voda – pára, vzduch – spaliny, palivo – struska; teplárna: teplárenské kotle – parní sběrna – turbosoustrojí; bloková: kotel – turbosoustrojí; zapojení elektrorozvoden: jednopólová schémata, detailní zapojení, vyvedení elektřiny,
  • projekt, projektová schémata (Basic & Detail Design, tj. úvodní a prováděcí projekt), konstrukční výkresy,
  • výpočty: energetická a hmotnostní bilance, tepelný, hydraulický a aerodynamický výpočet kotle a turbíny, elektrické výpočty generátoru a rozvodny, zkraty,
  • provozní měření veličin s periodou měření podle časových konstant přechodových dějů, identifikace parametrů a přenosových funkcí, validace a verifikace modelů.

Příklad podkladové dokumentace je na obr. 11

Obr. 11. Schéma PI & D napájení uhelného bubnového parního kotle v teplárně

3.2 Inženýrské ladění parametrů regulátorů

Jednou z inženýrských aplikací je ladění parametrů regulátoru s využitím modelu bloku elektrárny. Základem je emulace základní úrovně řízení. Blokové emulované schéma řídicího systému ZAT je na obr. 12, následný graf na obr. 13 ukazuje jeden simulační krok ladění regulátoru podle vybraného kritéria kvality regulace.

Všechny PID regulátory (bloky REG. 1, REG. 2 v obr. 12) jsou realizovány Z-transformací ze spojitého PID regulátoru, který je popsán rovnicí: 


vzorec (1)

kde:

u(t) je výstup regulátoru,

r0    zesílení regulátoru,

e(t) regulační odchylka,

TD derivační časová konstanta,

TI   integrační časová konstanta.

Tato rovnice je transformována trapezoidní metodou do diskrétní verze regulátoru [20] na tvar:

vzorec (2)

kde T je perioda vzorkování.

Obr. 12. Blokové schéma řídicího a regulačního systému regulace hladiny v bubnu

Na obr. 13 je vybraný simulovaný průběh polohy hladiny v bubnu v průběhu ladění regulátoru hodnocený podle maximálního překmitu, počítáno pro kritérium optimálního modulu. Odpovídající průběh hladiny v bubnu, tak jak ho vidí operátor – topič na reálném monitoru se systémem SCADA (zde použit systém InTouch od firmy Wonderware), je na obr. 14.

Dynamický simulační model může být také využit při vypracovávání návrhu řídicího systému pro regulované procesy. Řídicí schéma a regulační algoritmus musí však být stejné jako v distribuovaném řídicím systému skutečného provozu. Rozhraní HMI je realizováno v systému SCADA InTouch. Komunikace mezi systémy Matlab-Simulink a InTouch je založena na standardních protokolech DDE nebo OPC. 

Obr. 13. Vybraný simulovaný průběh hladiny v bubnu při ladění regulátoru hodnocený podle maximálního překmitu, počítáno pro kritérium optimálního modulu

4. Pokročilé metody řízení

Úvodem k této kapitole je možné upozornit na metody řízení použitelné k řízení parních kotlů:

  • dopředné řízení,
  • PID regulátory,
  • PID regulátory v kombinaci s korekčními tabulkami,
  • využití vnitřního modelu,
  • fuzzy logika a fuzzy regulátory,
  • samoorganizující se Kohonenovy mapy,
  • neuronové sítě,
  • stavové regulátory.

Mezi nejznámější spojité stavové regulátory, nazývané též stavové estimátory, patří Luendbergerův pozorovatel. Pro diskrétní stavové formulace je nejčastěji používán Kálmánův filtr, který je vhodný pro zašuměné signály. Je dobré zdůraznit, že pro oba typy regulátorů lze čerpat z původní české literatury, protože teorie a aplikace Kálmánova filtru a Luenbergerova pozorovatele byly v minulosti českými autory velmi podrobně řešeny. Problematikou Luenbergerova pozorovatele, popř. jeho rozšířeného tvaru, se v minulosti velmi důkladně věnoval zejména prof. Jan Štecha a následně i jeho žáci, např. prof. Vladimír Havlena. Autor článku má k následujícímu tvrzení osobní důvody, protože sám úspěšně použil (již před třiceti lety) rozšířený Luenbergerův pozorovatel na regulaci uhelných parních kotlů. Tento regulátor byl dokonce patentován ve společnosti Škoda Praha.

Obr. 14. Monitorovaný simulovaný průběh regulovaného přechodového děje hladiny v bubnu

Vývoj a ověření některých pokročilých algoritmů řízení pro dynamický model je také možné, ale pouze v rámci inženýrských simulátorů. Jedním z typů stavových regulátorů je Luenbergerův stavový regulátor [8], [9], [10], [11]. Například rozšířený Luenbergerův stavový regulátor s pozorovatelem pro teplotu přehřáté páry byl vyvinut pro parní kotle na práškové uhlí v elektrárně ShenTou 500 MW v okrese Shan Si v Číně [12].

Je užitečné zmínit jednu charakteristickou vlastnost regulátoru (efekt nazýván „efekt nafouknutého balonku“), která se projevila právě při přípravě regulace přehřáté páry pro blok 500 MW. Lze uvést, že v jiné literatuře ([21]) je nazýván „efekt vodní postele“ a někde „efekt přeházeného sněhu“. Jde o to, že zvětšení zesílení v určitém pásmu frekvencí vyvolá snížení zesílení na jiných frekvencích (zde při překmitu) a naopak při zvětšení zesílení regulátoru se zvětší překmit frekvenční charakteristiky a zmenší zesílení na nižších frekvencích. Tento jev nastává, je-li rozdíl řádu jmenovatele a čitatele přenosové funkce alespoň 2 nebo jestliže se v přenosové funkci vyskytují nestabilní nuly. Jde o určité omezení v požadavcích na průběh citlivostní funkce. Kvalitu regulačního pochodu negativně ovlivňují i nestabilní póly přenosu, dopravní zpoždění a omezení akční veličiny.

Na základě analýzy bylo prokázáno, že regulační rozsah se zvětšil právě jen ve sledovaném a provozně důležitém frekvenčním pásmu – pásmu kritických frekvencí. S regulací bez prediktoru překmit vysoko překračoval povolený rozkmit regulované veličiny. S regulací s prediktorem se překmit posunul do vyšších frekvencí a v pásmu kritických frekvencí je regulační rozkmit menší než požadovaný.

„Někde“ v parním kotli vznikaly kmity o určité frekvenci, které se přenášely až na výstup kotle, tzn. na teplotu přehřáté páry, a právě tyto kmity bylo důležité potlačit v rámci regulace. Nutno poznamenat, že na přesnou příčinu vzniku kmitů této citlivé frek­vence se nikdy nepřišlo.

Zmenšení regulačního rozkmitu teploty přehřáté páry bylo provozně i ekonomicky velmi důležité, protože při zmenšení rozkmitu je možné zvýšit žádanou hodnotu teploty přehřáté páry, a každé zvýšení i jen o 1 K představuje vzhledem ke zvýšení účinnosti kotle úsporu mnoha vagonů hnědého uhlí. Bližší údaje jsou v literatuře [13].

Z uvedených důvodů se hledal jiný typ regulátoru, který by kritické kmity odstranil. Na základě požadavku byl vyvinut právě rozšířený Luenbergerův stavový regulátor s pozorovatelem [10], [11]. Autor článku společně s akademickými pracovníky ČVUT FEL z katedry řízení (Jan Štecha, Vladimír Havlena) navrhli a úspěšně vyzkoušeli tento typ stavového regulátoru. Během přípravy na implementaci na blocích ShenTou 2× 500 MW v Číně byla zpracována a posléze podána patentová přihláška Zapojení regulačního obvodu se stavovým pozorovatelem regulovaného systému s přepínáním vstupu, stavovým regulátorem, sledovací integrační a dopřednou vazbou, pozorovatelem a regulátorem neměřitelné poruchy [22].

Simulátory a trenažéry a jejich využití v energetice popisoval autor na mnoha tuzemských, ale také zahraničních sympoziích a kongresech [14], [15], [16], [17], [18], [19]; včetně jejich využití pro výuku automatizační techniky a regulátorů. Teorií a aplikací pokročilých metod řízení se zabývá i moderní česká literatura, včetně stavových, citlivostních a inteligentních regulátorů, snímačů a akčních členů [21]. Zájemci o podrobnější informace jsou proto odkazováni na ni. 

5. Závěr a budoucnost

Pro všechny trenažéry EOP byla zpracována metodika využívání a začlenění do systému výcviku provozního personálu. Použití trenažérů uspořilo počet obsluh, snížilo spotřebu plynu (trenažéry záložních zdrojů) a chybovost v práci obsluh.

Trenažér kotlů a turbogenerátorů je přesto v současné době odstaven, protože kotle po retrofitu se již odlišují od modelu, a také vzrostl počet monitorů pro jeden kotel na čtyři místo dřívějších dvou. Od upgradu trenažéru bylo zatím upuštěno pro nedostatek obsluh, protože výcvik na trenažéru by vedl k nárůstu přesčasové práce.

Trenažér elektrárenských rozvoden je využíván v omezeném rozsahu. V minulých několika letech byly postupně rekonstruovány rozvodny 6 kV, ochrany (nyní jsou instalovány ochrany Siemens) a bezpečnostní systémy, což bylo nutně spojeno se změnami v řízení a manipulaci, a tedy i v řídicím a informačním systému a vizualizaci InTouch. Upgrade trenažéru je zařazen do investičního plánu pro rok 2018 a v současnosti probíhá jeho realizace.

Trenažéry záložních zdrojů jsou v současnosti plně využívány ke spokojenosti provozovatele a je předpoklad využívat je v budoucnosti, protože není plánována žádná zásadní rekonstrukce technologie ani řídicích systémů.

Tréninkové a inženýrské simulátory jsou hlavním nástrojem určeným ke školení a trénování provozního personálu elektráren a elektrizačních soustav, ale také pro inženýrské úlohy v oblasti automatizace energetiky a řízení procesů.

Z pohledu koncepce průmyslu 4.0 (Industry 4.0), kam je řazena i energetika, odpovídají požadavky na modelování a simulaci elektráren a tepláren pojmu digitální dvojče. 

Literatura:

[1] NEUMAN P. a kol. Tréninkové simulátory elektráren a tepláren pro provozní personál v České republice. In: EGÚ Praha Engineering, a. s. 8. ročník odborné konference Poděbrady. 2003.

[2] NEUMAN P. a kol. Dynamické modely TG a soustav (rozvodny, distribuční a přenosové soustavy) pro DTS. In: EGÚ Praha Engineering, a. s. 11. ročník odborné konference Poděbrady. 2006.

[3] NEUMAN P. Dispečerské trenažéry pro trénink manipulací v kritických stavech elektrizační soustavy. In: EGÚ Praha Engineering, a. s. 12. ročník odborné konference Poděbrady. 2007.

[4] NEUMAN P. BlackStart jako speciální případ ostrovního provozu. In: EGÚ Praha Engineering, a. s. 14. ročník odborné konference Poděbrady. 2009.

[5] NEUMAN P. Dispečerské trenažéry a inženýrské síťové simulátory pro SMART elektrizační soustavy. In: EGÚ Praha Engineering, a. s. 17. ročník odborné konference Poděbrady. 2012.

[6] NEUMAN P. Požadavky na tréninkové a inženýrské simulátory – společný trénink provozovatelů elektrizačních soustav (PPS, PDS) a operátorů elektráren (jaderných, paroplynových, uhelných). In: EGÚ Praha Engineering, a. s. 18. ročník odborné konference Poděbrady. 2013.

[7] NEUMAN P. Simulační srovnání elektromechanického modelu synchronního stroje s jeho mechanickým modelem analogovým. In: EGÚ Praha Engineering, a. s. 22. ročník odborné konference Poděbrady. 2017.

[8] KUBÍK S., KOTEK Z., STREJC V. a ŠTECHA J. Teorie automatického řízení I: Lineární a nelineární systémy. Praha: SNTL, 1982.

[9] ŠTĚCHA J. Obecná teorie systémů. Praha: ČVUT, 1978.

[10] LUENBERGER D. Canonical forms for linear multivariable systems. In: IEEE Transactions on Automatic Control. 1967, 12(3), 290–293. DOI: 10.1109/TAC.1967.1098584. ISSN 0018-9286. Dostupné také z: http://ieeexplore.ieee.org/document/1098584/

[11] LUENBERGER D. G. Introduction to dynamic systems: theory, models, and applications. New York: Wiley, c1979. ISBN 04-710-2594-1.

[12] NEUMAN P, HUSTÁK P., ŠTECHA J. a HAVLENA V. STATE CONTROLLER/OBSERVER DESIGN FOR SUPERHEATER TEMPERATURE CONTROL USING “STAF­CON” CADCS SYSTEM. In: Computer Aided Design in Control Systems 1988. Elsevier, 1989, 1989, 383–389. DOI: 10.1016/B978-0-08-035738-6.50066-5. ISBN 9780080357386. Dostupné také z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/B9780080357386500665

[13] NEUMAN P. Nové přístupy a metody řízení technologických procesů energetických bloků: Technická informace č. 6. Praha: Škoda Praha – KKPA, 1987.

[14] NEUMAN P. Engineering Simulators for Fossil Power Plant. In: IFAC Proceedings Volumes. 1997, 30(17), 343–351. DOI: 10.1016/S1474-6670(17)46431-7. ISSN 14746670. Dostupné také z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1474667017464317

[15] NEUMAN P., MÁSLO K., ŠULC B. a  JAROLÍMEK A.  Power System and Power Plant Dynamic Simulation. In: IFAC Proceedings Volumes. 1999, 32(2), 7294–7299. DOI: 10.1016/S1474-6670(17)57244-4. ISSN 14746670. Dostupné také z: https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1474667017572444

[16] NEUMAN P., MAREK P., VARCOP L. a WEIGELHOFER W. Engineering and Operator Training Simulator of Coal-fired Steam Boiler. In: Technical Computing Prague. Praha: Humusoft, 2002. ISBN 80-7080-500-5.

[17] NEUMAN P., MAREK P., VARCOP L. a WEIGELHOFER W. Operator Training Simulator of Coal-fired Power and Heating Plants. In: Technical Computing Prague. Praha: Humusoft, 2003. ISBN 80-7080-526-9.

[18] NEUMAN P., MAREK P., VARCOP L. a WEIGELHOFER W. Operator Training and Engineering Simulator of Fossil-fired Power and Heating Plants. In: 6th Int. Conference Control of Power Systems – CPS’04. Štrbské Pleso: STU Bratislava, 2004.

[19] NEUMAN P. Power Plant and Boiler Models for Operator Training Simulators. In: IFAC Proceedings Volumes. 2011, 44(1), 8259–8264. DOI: 10.3182/20110828-6-IT-1002.00403. ISSN 14746670. Dostupné také z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1474667016449372

[20] BALÁTĚ J. Automatické řízení. 2., přeprac. vyd. Praha: BEN – technická literatura, 2004. ISBN 80-730-0148-9.

[21] MACHÁČEK J. Pokročilé metody řízení procesů. Pardubice: Univerzita Pardubice, 2015. ISBN 978-80-7395-937-1.

[22] ŠTECHA J., HAVLENA V. a NEUMANN P. Zapojení regulačního obvodu se stavovým pozorovatelem regulovaného systému s přepínáním vstupu, stavovým regulátorem, sledovací integrační a dopřednou vazbou, pozorovatelem a regulátorem neměřitelné poruchy. ČR. Autorské osvědčení 269298. Uděleno 16. 1. 1991. 

Ing. Petr Neuman, CSc., Ing. Pavel Hrdlička


Tab. 1. Hypotetické dosažitelné výsledky pro jednotlivé skupiny školených pracovníků

Hodnocení

1

2

3

4

Průměr

Generický simulátor

 

začátečníci ze všech elektráren

 

zkušení pracovníci všech divizí

3,0

Generický simulátor a školicí středisko

 

všichni operátoři ze všech elektráren

 

 

2,0

Specifický simulátor

zkušení operátoři ze specifických bloků

začátečníci ze specifických bloků

začátečníci ze všech elektráren

 

2,0

Specifický simulátor a školicí středisko

zkušení operátoři ze všech elektráren

začátečníci ze všech elektráren

 

 

1,5

 

Tab. 2. Informativní cena dodávky simulačního trenažéru (v normovaných cenových jednotkách)

Typ

Blok 200 MW nebo 100 MW

Dva kotle a dva turbogenerátory (60 MW)

Jeden kotel a jeden turbogenerátor (60 MW)

Kotel 250 t/h

Turbogenerátor 60 MW

generický model a generický systém SCADA (odpovídá realitě z 50 %)

4,00

3,00

2,00

1,20

0,80

generický model a specifický systém SCADA (odpovídá realitě ze 75 %)

6,40

4,80

3,20

1,92

1,28

specifický model a generický systém SCADA (odpovídá realitě z 90 %)

7,20

5,40

3,60

2,16

1,44

specifický model a specifický systém SCADA (odpovídá realitě z 99 %)

8,00

6,00

4,00

2,40

1,60