★国能智深控制技术有限公司黄焕袍,刘小恒,曾凡斐
1 背景
“双碳”背景下,我国能源转型加速推进,水电作为清洁能源的重要组成部分,在清洁低碳、安全高效、灵活智能新型能源体系和新型电力系统建设中发挥不可替代的重要作用。水电站控制系统作为重大技术装备的“大脑”和“神经中枢”,实现自主可控和智能化、数字化转型升级已成为不可逆转的趋势。传统的水电站计算机监控系统面临着上下位机分离、系统调控灵活性以及扩展能力不足等问题。因此,利用先进的控制系统提升水电站运行控制水平,实现安全高效、灵活智能运行的目标,已成为业界追求的目标。
国能智深自主可控水电智能控制系统(EDPFHICS)作为新一代水电站控制系统的代表,为水电站的安全、高效、智能运行提供了强有力的技术支撑。本文介绍国家能源重大工程项目-黄河流域海拔最高、装机容量最大的玛尔挡大型水电站应用自主可控水电智能控制系统的成功案例。
2 实施与应用
青海玛尔挡水电项目是国家重大工程项目,由4台装机容量为55万千瓦大机和1台装机容量为12万千瓦小机组成,总装机容量为232万千瓦,其控制系统采用国能智深自主可控水电智能控制系统,操作系统为国产操作系统,平台工具软件、应用软件、嵌入式软件100%自主研发,关键芯片和核心元器件国产化率100%。该系统完全自主可控、智能高效、功能齐全、运维方便;区别于传统水电站监控系统,EDPF-HICS实现了主辅一体化、上下位机一体化、管控一体化,集成了信息网络安全技术、扁平化网络结构技术、智能发电技术于一体,有效提升了水电站设备的智能化水平和生产运营效率。玛尔挡水电站运行监视图如图1所示。
图1 玛尔挡水电站运行监视图
玛尔挡水电站控制系统包括50多个子站,350多个智能系统设备接入。通过EDPF-HICS的智能调度与优化控制,电站能够根据实时水情、电网需求及机组状态,实现发电负荷的最优分配,显著提高了水能利用率和发电效率。功能特点主要有:
(1)增强运维管理水平。EDPF-HICS的实时监测与故障诊断功能,使得电站运维人员能够及时发现并处理潜在问题,避免了非计划停机,降低了维护成本。同时,系统的智能运维支持也减轻了运维人员的工作负担,提高了工作效率。
(2)优化能源调度与协同。在青海玛尔挡水电站项目中,EDPF-HICS与智能电网调度系统紧密配合,实现了跨区域、跨流域的能源调度与协同优化,提升了区域电网的稳定性和灵活性,为构建智慧能源体系奠定了坚实基础。
(3)保障安全生产与环保。EDPF-HICS通过精准控制机组运行参数,有效降低了设备运行风险,保障了电站的安全生产。同时,系统还具备环保监测与管理功能,助力电站实现绿色、低碳运行,符合国家生态文明建设的战略要求。
(4)智能化程度高。EDPF-HICS的成功应用,实现电站运行与控制的全程自动化;智能检测与诊断分析、智能预警与报警,提升设备健康管理水平;结合设备工艺要求,应用先进智能控制技术和算法,实现机组的灵活智能运行与调节。
3 应用创新
(1)EDPF-HICS与传统水电厂典型技术差异对比(如表1所示)
表1 EDPF-HICS与传统水电厂典型技术差异对比
(2)水电厂智能控制系统(EDPF-HICS)实现了主辅一体化、上下位机一体化、管控一体化
·主辅一体化,玛尔挡水电站的主控系统及辅控系统采用同一品牌控制器,网络结构打破传统水电主控采集辅控系统数据再上送上位机的模式,主辅数据都由上位机直接采集;
·上下位机软件一体化,传统的水电站计算机监控系统PLC+SCADA结构由两个相对独立的系统组成,系统复杂度较高,两个系统采用不同的软件,它们之间的接口和通信需要额外的配置和维护工作,增加了系统的复杂性和潜在的风险。EDPFHICS上下位机软件采用一体化设计,上位机软件既是组态、监控软件,又是下位机编程软件。
·管控一体化,玛尔挡水电站I、II、III区采用EDPF-HICS一体化平台系统实现数据的实时采集、传输和处理,从而实现对生产过程的精确控制和管理。同时,通过数据分析和优化,电站可以更加精准地制定生产计划、优化资源配置,降低生产成本,提高市场竞争力。
(3)先进的网络架构
架构前瞻性。在网络设计时,充分考虑未来技术发展趋势和业务增长需求,选择具有前瞻性的网络架构和技术路线,确保长期的技术领先性和业务适应性。玛尔挡EDPF-HICS网络硬件主要包含多台交换机,其网络结构引入双星型冗余网络及高级应用服务网。单元层网络采用双星型网络结构,又称双MMS网结构。过程层网络采用双GOOSE网结构完成数据采集。
性能卓越性。高级应用服务网的引入用于完成非实时数据的分析处理,进而通过智能计算引擎,为智能报警、智能报表、智能ON-CALL等高级应用提供基础数据,其余实时业务数据则通过该网络结构具备高性能的数据传输能力,低延迟、高吞吐量是基本要求,同时能够支持多业务并发处理,满足日益增长的数据处理需求,详细网络结构。
图2 EDPF-HICS网络架构图
(4)先进的数据采集方式EDPF-HICS数据采集区别于传统水电站采集方式,数据采集更加高效、可靠,主要体现在两大方面(如表2所示)。
表2 EDPF-HICS数据采集与传统水电站采集方式对比
4 效益分析
(1)经济效益提高发电效率。H-ICS系统通过智能化管理,优化了水电厂的运行流程,提高了发电效率,从而降低了单位电能的成本,从而提高电站生产效益。
减少故障,降低运维成本。自主可控的智能控制系统提前预警潜在故障,减少非计划停机时间,降低维修成本,年运维成本节约可达数百万元。
(2)社会效益
推动能源数智化转型。H-ICS是水电领域智能化转型升级的关键支撑,其应用推动了能源数智化转型的进程。通过引入人工智能、大数据等先进技术,提高了水电厂的智能化水平。
带动相关产业发展。H-ICS的研发和成功应用带动了行业工控产业国产操作系统、国产芯片和元器件的协同发展,推动形成我国工控产业自主生态。
5 项目意义
自主可控水电智能控制系统(H-ICS)是国内首套基于国产芯片和国产操作系统的水电站智能控制系统,首次在国家能源领域重大工程项目-玛尔挡大型水电站的成功应用实现了水电领域控制系统的完全自主可控和智能化升级,保障了能源生产与供给安全,为水电领域提供了可推广复制的数智化转型方案,促进了水电行业的技术进步,具有重大行业示范意义。
摘自《自动化博览》2024年7月刊