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★艾默生自動化解決方案李佳雯，劉鵬

★上海電氣電站工程公司唐慧其

1　項目背景

此項目位于阿聯(lián)酋迪拜，由上海電氣集團(tuán)股份有限公司總包建設(shè)，占地44平方公里，總體裝機(jī)容量為950MW，包含一個100MW的塔式光熱發(fā)電機(jī)組，三個200MW的槽式光熱發(fā)電機(jī)組，以及250MW的光伏機(jī)組。此項目擁有目前世界最大單體光熱裝機(jī)容量、世界最大單體光熱光伏占地面積。項目建成后，每年能夠為超過32萬戶家庭提供清潔電力，實(shí)現(xiàn)減排二氧化碳160萬噸、二氧化硫11萬噸、可吸入顆粒物2900萬噸及氮氧化物5萬噸。

圖1 項目現(xiàn)場圖

2　項目挑戰(zhàn)

此項目作為當(dāng)時全球最大單體光熱項目，是一個高起點(diǎn)、高融合度、高難度的清潔能源項目，集成了多個創(chuàng)新目標(biāo)：全球最大的熔鹽儲熱系統(tǒng)，最高的光熱吸熱塔，最低光熱電價的盈利模式，超大場地的環(huán)保施工等。同時也承載著中國電力企業(yè)轉(zhuǎn)型升級、成功開拓海外市場的任務(wù)。因此對于項目的成功實(shí)施和運(yùn)行也提出了更高的要求。

控制系統(tǒng)作為項目運(yùn)行的大腦，對于電廠最終是否能安全穩(wěn)定高效運(yùn)行至關(guān)重要。如何滿足項目需求，實(shí)現(xiàn)對所有設(shè)備的集中遠(yuǎn)程監(jiān)控，如何提高運(yùn)行效率，如何保證生產(chǎn)的安全，降低人為操作，實(shí)現(xiàn)全程自動化，必須面對并解決如下挑戰(zhàn)：

（1）項目規(guī)模大，聚光系統(tǒng)、儲熱系統(tǒng)、汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)以及配套輔助系統(tǒng)等設(shè)備數(shù)量眾多，協(xié)調(diào)控制要求高。

（2）主控系統(tǒng)與第三方系統(tǒng)通訊數(shù)據(jù)量大，三個機(jī)組主控系統(tǒng)與第三方通訊數(shù)據(jù)量接近6萬點(diǎn)，需要強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫支撐，才能管理海量數(shù)據(jù)。期間與第三方設(shè)備廠商協(xié)調(diào)溝通工作量巨大。

（3）項目應(yīng)用新技術(shù)多，很多控制策略需要不斷測試調(diào)整，協(xié)調(diào)控制復(fù)雜。

（4）項目現(xiàn)場環(huán)境惡劣，氣溫最高可達(dá)50攝氏度以上，地表溫度最高可達(dá)80攝氏度以上，對于現(xiàn)場控制器和IO卡件要求適應(yīng)高溫環(huán)境。調(diào)試人員也同樣面臨高溫環(huán)境。

圖2 項目現(xiàn)場圖

3　艾默生解決方案

為了保證項目順利實(shí)施、按時投產(chǎn)，艾默生提供了在電力行業(yè)40年應(yīng)用經(jīng)驗的Ovation?一體化DCS控制系統(tǒng)。Ovation是一個專為電力應(yīng)用而設(shè)計的系統(tǒng)，它實(shí)現(xiàn)了完整的DCS架構(gòu)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)、控制器和電源的完全冗余，確保控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

此項目艾默生為100MW塔式光熱機(jī)組、3個200MW槽式光熱機(jī)組提供先進(jìn)的Ovation?一體化DCS控制系統(tǒng)，負(fù)責(zé)塔式和槽式系統(tǒng)的水/蒸氣、輔助系統(tǒng)BOP、吸熱系統(tǒng)SR、儲換熱SGS、ACC、電氣等工藝過程的控制。本項目還為四臺機(jī)組配置了廠用電PV系統(tǒng)，艾默生負(fù)責(zé)廠用電PV系統(tǒng)整體的協(xié)調(diào)控制。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如圖3所示。

主要供貨范圍：

（1）在塔式光熱機(jī)組CT區(qū)、3個槽式光熱機(jī)組PT1—PT3區(qū)各設(shè)置1套Ovation高速冗余網(wǎng)絡(luò)，并通過一套核心交換機(jī)連接。怎么實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換對于項目控制系統(tǒng)來說極為重要，Ovation有自己獨(dú)有多網(wǎng)協(xié)議，能實(shí)現(xiàn)各個高速網(wǎng)絡(luò)之間測點(diǎn)數(shù)據(jù)相互交換，并且可以應(yīng)用至邏輯與畫面。

（2）該項目為4個光熱機(jī)組共配置了68對OCR1100冗余控制器，實(shí)現(xiàn)對所有設(shè)備的自動控制。OCR1100控制器擁有1.1GHZ的主頻，1GB的內(nèi)存，每個控制器可以控制32000個點(diǎn)，支持多任務(wù)管理，最多可以定義5個獨(dú)立任務(wù)，執(zhí)行循環(huán)時間范圍為10ms到30s。

（3）在塔式光熱機(jī)組的集熱塔配置了4對OCC100冗余就地控制器，負(fù)責(zé)吸熱系統(tǒng)的控制。OCC100控制器是一款支持寬溫環(huán)境的控制器，工作溫度范圍為-20°C到+70°C，完全滿足沙漠高溫環(huán)境應(yīng)用，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

（4）為4個機(jī)組配置4對OCR1100冗余控制器作為ESD系統(tǒng)控制。

（5）在CT、PT1、PT2和PT3區(qū)各設(shè)置3臺操作員站。

（6）在CT、PT1、PT2和PT3區(qū)各設(shè)置1臺歷史服務(wù)器。Ovation歷史數(shù)據(jù)庫具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理能力，可以處理最多40萬點(diǎn)數(shù)據(jù)，除了采樣模擬和數(shù)字點(diǎn)類型外，歷史數(shù)據(jù)庫還可以存儲帶時間戳的打包數(shù)字、節(jié)點(diǎn)記錄和丟棄狀態(tài)點(diǎn)讀數(shù)。Ovation歷史數(shù)據(jù)庫可以將一些重要數(shù)據(jù)點(diǎn)配置為每0.1秒掃描一次，以提供更多樣本，從而提高高速過程的準(zhǔn)確性。

（7）在CT、PT1、PT2和PT3區(qū)各設(shè)置1臺工程師/數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

（8）在CT區(qū)設(shè)置一套3×10的數(shù)字墻大屏，用于畫面和數(shù)據(jù)展示。

（9）塔式機(jī)組IO硬接線點(diǎn)數(shù)6735點(diǎn)。

（10）塔式機(jī)組與第三方通訊數(shù)據(jù)量12722點(diǎn)。

（11）槽式機(jī)組IO硬接線點(diǎn)數(shù)10707×3點(diǎn)。

（12）槽式機(jī)組與第三方通訊數(shù)據(jù)量14874×3點(diǎn)。

4　項目亮點(diǎn)

此項目應(yīng)用最新技術(shù)，參與廠家眾多，控制要求高，在項目調(diào)試過程中遇到不少難點(diǎn)，艾默生通過專業(yè)的技術(shù)以及精益求精的工作精神，憑借行業(yè)頂尖水平的工程團(tuán)隊，豐富的調(diào)試經(jīng)驗（平均行業(yè)經(jīng)驗15年以上），以及全球團(tuán)隊技術(shù)支持，保障了項目的順利實(shí)施。

（1）塔式光熱機(jī)組的吸熱塔每天都需要一次注鹽/疏鹽操作，前期需要大量人為操作，工作強(qiáng)度大。Ovation提供油鹽換熱優(yōu)化控制策略，實(shí)現(xiàn)SGS換熱系統(tǒng)充放鹽和全程自動控制，為運(yùn)行人員提供了便捷的操作方案，節(jié)省了大量的啟/停所用時間，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時提高了機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益。

（2）迪拜位于沙漠炎熱地區(qū)，淡水資源匱乏，所以項目采用ACC空冷島進(jìn)行汽水冷卻。Ovation系統(tǒng)通過對背壓自動調(diào)節(jié)的系統(tǒng)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)ACC系統(tǒng)全自動調(diào)節(jié)，提高運(yùn)行效率降低運(yùn)行成本。

（3）一臺塔式與三臺槽式機(jī)組，每臺都有獨(dú)立的APS控制組態(tài)，此項APS與以往火電項目不同，采用更智能及人性化控制模式，投用前用戶可以根據(jù)當(dāng)前機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)來選擇投用模式，每臺機(jī)組都有十多個控制可以選擇投用。

（4）初期機(jī)組并網(wǎng)升/降負(fù)荷都是由運(yùn)行人員手動操作，Ovation系統(tǒng)憑借強(qiáng)大的控制管理能力，保障機(jī)組協(xié)調(diào)負(fù)荷控制，實(shí)現(xiàn)機(jī)組并網(wǎng)/升降負(fù)荷全自動升降控制，降低運(yùn)行人員工作負(fù)荷，提高機(jī)組運(yùn)行的安全穩(wěn)定。

（5）迪拜光熱機(jī)組第一次設(shè)計光伏PV電源帶廠用電，Ovation提供成熟的廠用電協(xié)調(diào)控制方案，顯著降低發(fā)電成本，提高機(jī)組廠用電經(jīng)濟(jì)性。

（6）迪拜光熱項目設(shè)備供應(yīng)商廣泛國際化，多種通訊協(xié)議并存，通訊接口類型多、通訊數(shù)據(jù)量大，總的第三方通訊點(diǎn)數(shù)將近6萬點(diǎn)。在保證通訊速率及穩(wěn)定前提下通過使用Ovation系統(tǒng)ELC通訊模塊來解決通訊問題。Ovation憑借強(qiáng)大的通訊管理能力，匯聚全廠系統(tǒng)設(shè)備數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全廠設(shè)備集中控制管理。

圖3 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

5　收益成果

艾默生提供的Ovation?一體化DCS控制系統(tǒng)，以其強(qiáng)大的性能，龐大的數(shù)據(jù)管理能力，以及在電力40年的行業(yè)經(jīng)驗儲備，確保項目的安全穩(wěn)定運(yùn)行，按時完成驗收。

（1）安全穩(wěn)定的控制系統(tǒng)，先進(jìn)的過程自動化、通信和信息管理，實(shí)現(xiàn)高實(shí)時性、高分辨率的數(shù)據(jù)集中監(jiān)控。

（2）實(shí)現(xiàn)光熱機(jī)組相互協(xié)調(diào)高效發(fā)電，提高運(yùn)維效率，降低運(yùn)營成本。

（3）通過APS系統(tǒng)的投入，提高自動化率和可操作性，規(guī)范工藝啟停順序，減少人為操作，降低運(yùn)維人員勞動強(qiáng)度，提高機(jī)組安全性。

（4）實(shí)現(xiàn)成熟的PV廠用電協(xié)調(diào)控制方案，顯著降低發(fā)電成本，提高機(jī)組廠用電經(jīng)濟(jì)性。

（5）Ovation全生命周期的服務(wù)和技術(shù)支持，確保生產(chǎn)的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

摘自《自動化博覽》2024年9月刊