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作者 | 黃煥袍

1　背景意義

分布式控制系統(tǒng)亦稱分散控制系統(tǒng)（DCS），是工業(yè)生產(chǎn)的“大腦”、“神經(jīng)中樞”、“控制中心”，長期以來我國工業(yè)領域國外品牌DCS應用占有一定比例，國產(chǎn)DCS的操作系統(tǒng)和部分芯片也有依賴國外產(chǎn)品技術(shù)，這種局面存在安全隱患、斷供和“卡脖子”風險，對我國能源生產(chǎn)和經(jīng)濟運行安全構(gòu)成威脅。工業(yè)安全是國家安全的重要組成部分，實施DCS全國產(chǎn)化研發(fā)替代應用，實現(xiàn)工業(yè)領域DCS自主安全可控是我國工業(yè)生產(chǎn)安全和能源供給安全的重要保障。

生產(chǎn)過程智能化、企業(yè)管理智慧化是行業(yè)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢和要求，智能發(fā)電運行控制技術(shù)首當其沖，是電力行業(yè)發(fā)電機組實現(xiàn)安全、高效、清潔、低碳、靈活智能運行的重要技術(shù)支撐。

2　應用項目

國電建投內(nèi)蒙古能源有限公司布連電廠一期工程為2×660MW超超臨界全輔機單列燃煤空冷機組，給水泵組、一次風機、送風機、引風機、空預器等主要輔機采用單列布置。#2機組鍋爐為北京巴布科克?威爾科克斯有限公司提供，汽輪機為上海汽輪機廠提供，發(fā)電機為上海發(fā)電機廠提供，于2013年06月27日建成投產(chǎn)。

布連電廠主輔機原控制系統(tǒng)采用國能智深EDPF-NT+系統(tǒng)，發(fā)電汽輪機組控制系統(tǒng)采用德國西門子T3000系統(tǒng)，實現(xiàn)全廠主輔一體化控制，控制系統(tǒng)包括單元機組系統(tǒng)、公用系統(tǒng)、輔控系統(tǒng)和脫硫系統(tǒng)。

3　DCS自主可控和智能化升級改造內(nèi)容

iDCS硬件（I/O卡件、DPU控制器、工程師站、操作員站、歷史站、高性能服務器、網(wǎng)絡交換機等）全部采用基于國產(chǎn)芯片設計制造，關鍵芯片100%國產(chǎn)化替代，實現(xiàn)電廠分散控制系統(tǒng)自主安全可控。本次國產(chǎn)化改造共計更換：DPU控制器36對、各類I/O卡件845塊、交換機12臺、上位機13臺。

iDCS軟件方面，操作系統(tǒng)、支撐平臺軟件、應用軟件100%自主化國產(chǎn)化。上位機操作系統(tǒng)采用定制的國產(chǎn)麒麟Linux操作系統(tǒng)，支撐平臺軟件使用國能智深自主研發(fā)的EDPFNT+4.0版本，控制策略、人機界面（HMI）、控制系統(tǒng)信息安全監(jiān)控軟件、智能檢測診斷報警預警軟件、智能控制優(yōu)化軟件、大型實時歷史數(shù)據(jù)庫（EDPF-AIRDB)、全激勵電站仿真軟件（EDPF-SIM）等應用軟件全部為國能智深自主開發(fā)。

國能智深控制技術(shù)有限公司（北京國電智深控制技術(shù)有限公司）繼2018推出“岸石（EDPF-iSol)”國內(nèi)首套智能發(fā)電控制系統(tǒng)（ICS）之后，于2021年3月推出國內(nèi)首套全國產(chǎn)完全自主可控智能分散控制系統(tǒng)（iDCS）；2021年4月完成布連電廠#2機組iDCS集成測試和出廠驗收，并通過中國自動化學會發(fā)電自動化專委會組織的專家進行的基本性能和應用功能出廠測試；2021年5月成功應用于國電電力內(nèi)蒙布連電廠660MW超超臨界+全輔機單列+空冷機組，至今已經(jīng)穩(wěn)定運行3個多月。

4　技術(shù)難點和創(chuàng)新點

國電電力布連電廠2×660MW機組集超超臨界+全輔機單列+空冷等于一體，其運行控制難度大，對DCS的性能要求和安全要求高，要求DCS既能滿足復雜大系統(tǒng)的控制和智能性能要求，也要滿足全輔機單列安全運行特殊要求。

國能智深新一代自主可控智能分散控制系統(tǒng)（iDCS）是在幾十年自主創(chuàng)新不斷優(yōu)化升級的具有大量成功應用業(yè)績的成熟DCS和智能發(fā)電控制系統(tǒng)（ICS）產(chǎn)品技術(shù)以及軟件全國化研發(fā)應用基礎上，進一步實現(xiàn)硬件芯片的全國產(chǎn)化替代研發(fā)應用，是真正意義上的集全國產(chǎn)化和智能化于一體的新一代分散控制系統(tǒng)。

國能智深新一代iDCS具有以下主要創(chuàng)新特點：

（1）完全自主可控的全國產(chǎn)化軟硬件平臺，控制器和I/O卡件硬件芯片100%國產(chǎn)化，軟件100%國產(chǎn)化，關鍵核心知識產(chǎn)權(quán)100%自主可控，系統(tǒng)整體可用率大于99.9%。全國產(chǎn)完全自主可控智能分散控制系統(tǒng)，硬件設備實現(xiàn)了100%國產(chǎn)化，包括控制器、工控機、I/O卡件網(wǎng)絡設備以及高性能智能控制器等；軟件實現(xiàn)全部國產(chǎn)化，包括應用軟件、操作系統(tǒng)以及智能應用相關軟件等。系統(tǒng)經(jīng)布連電廠#2機組示范應用，可靠性與可用性符合電廠DCS技術(shù)要求以及智慧電廠建設要求，解決了火力發(fā)電領域工業(yè)控制系統(tǒng)的“卡脖子”問題。

（2）設計了泛在感知數(shù)據(jù)網(wǎng)、全廠實時數(shù)據(jù)池和智能計算引擎，有效提升了控制系統(tǒng)對生產(chǎn)數(shù)據(jù)的收集、分析、計算能力，實現(xiàn)發(fā)電過程全流程協(xié)同優(yōu)化運行和“能效大閉環(huán)”運行控制。通過智慧監(jiān)盤、高度自動化程序、統(tǒng)計和可視化工具，實現(xiàn)主要底層操作由機器自動執(zhí)行，運行人員日常操作量顯著降低，工作重心轉(zhuǎn)移到對設備狀態(tài)的監(jiān)測、診斷和機組運行特性的分析以及對運行效果的改進提升，實現(xiàn)從運檢分離向運維一體化的轉(zhuǎn)變。全面應用智能控制算法，使生產(chǎn)運行更加穩(wěn)定、靈活、可控；工況智能尋優(yōu)和“能效大閉環(huán)”運行，使系統(tǒng)工作在最佳狀態(tài)，實現(xiàn)自趨優(yōu)運行。采用智能技術(shù)識別危險因素并進行主動管控，規(guī)避潛在風險，提升生產(chǎn)運行安全性。

（3）實現(xiàn)自適應、自學習和自趨優(yōu)的智能發(fā)電運行控制模式；高度開放的優(yōu)化運行、建模計算和統(tǒng)計分析環(huán)境，滿足了智能應用對第三方應用開放性的要求。

（4）具有主動防御、邊界防護、集中監(jiān)管功能的工控系統(tǒng)網(wǎng)絡安全功能，實現(xiàn)iDCS在復雜網(wǎng)絡條件下的內(nèi)生安全防護，確保工控系統(tǒng)自身安全。

（5）新一代iDCS與原有DCS高度兼容，便于升級改造換代，最大限度降低工程成本。全國產(chǎn)自主可控控制器及模件與原控制器及模件，可以無縫更換，用戶升級改造可以做到網(wǎng)絡完全兼容、硬件安裝不改底座和接線，有利減少改造工作量和費用，充分保護用戶前期投資。

5　項目應用效果

全國產(chǎn)自主可控智能分散火電控制系統(tǒng)iDCS自2021年5月在布連示范項目投運以來，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，實現(xiàn)完全自主可控和發(fā)電過程的智能控制與運行、智能監(jiān)測分析、智能安全管控。機組性能試驗和運行統(tǒng)計情況表明，系統(tǒng)實現(xiàn)了機組安全、高效、環(huán)保、靈活、智能的運行，主要性能特點如下：

（1）控制器計算處理能力強，低功耗、低散熱，在停運風扇情況下，外殼能保持正常溫度。

（2）I/O信號精度高。

（3）網(wǎng)絡及DPU的通訊負荷較低。

（4）網(wǎng)絡切換能做到完全無擾切換。

（5）抗交直流共模干擾以及對講機手機射頻干擾能力強。

（6）網(wǎng)絡最大負荷≤15%；支持100ms~1s的實時歷史數(shù)據(jù)交互；支持5種以上智能算法可擴展能力；支持復雜邏輯和控制方案的宏算法封裝。

（7）智能報警系統(tǒng)滋擾報警抑制功能減少誤報率80%以上；減少高頻報警信號8 0%以上，減少無效報警信號90% 以上，報警信號響應時間小于1s；報警系統(tǒng)信息分析準確率≥90%。

（8）以階梯式廣義預測控制為核心設計協(xié)調(diào)控制方案，機組變負荷速率可達2%~3%Pe/min，機組AGC月度可利用率≥99%，AGC指令響應時間≤30s，AGC考核KP均值≥3.5。

（9）汽溫控制系統(tǒng)、脫硝控制系統(tǒng)能夠很好的根據(jù)預測參數(shù)實現(xiàn)控制量的超前調(diào)節(jié)，負荷大范圍波動下主蒸汽溫度波動最大動態(tài)偏差為2.8℃，再熱蒸汽溫度最大動態(tài)偏差為4.4℃，NOx濃度最大偏差小于6mg/Nm3，實現(xiàn)了高精度與高品質(zhì)控制。

（10）機組自動投入率100%，保護投入率100%，自5月25日并網(wǎng)后持續(xù)穩(wěn)定運行至今。國產(chǎn)芯片和操作系統(tǒng)等軟硬件工作正常，未出現(xiàn)因DCS原因發(fā)生機組非停、降出力等現(xiàn)象，系統(tǒng)可用率大于99.95%。

（11）提高了控制系統(tǒng)安全保護能力，可防范外部的滲透攻擊，防止惡意代碼執(zhí)行、越權(quán)訪問等各種異常行為，滿足國家等級保護的三級要求。

全國產(chǎn)自主可控智能分散控制系統(tǒng)iDCS在660MW超超臨界全輔機單列空冷機組上的成功應用標志我國發(fā)電機組的運行控制全面實現(xiàn)了智能化和自主安全可控，對我國能源生產(chǎn)安全和電力發(fā)電機組實現(xiàn)安全、高效、清潔、低碳、靈活智能運行具有重大意義。

摘自《自動化博覽》2021年9月刊