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全国产自主可控智能分散控制系统(iDCS)在660MW超超临界全辅机单列空冷机组上的成功应用
  • 企业:北京国电智深控制技术有限公司     领域:DCS/FCS/SCADA     行业:电力     领域:能源管理    
  • 点击数:1829     发布时间:2021-10-09 20:23:08
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全国产自主可控智能分散控制系统iDCS在660MW超超临界全辅机单列空冷机组上的成功应用标志我国发电机组的运行控制全面实现了智能化和自主安全可控,对我国能源生产安全和电力发电机组实现安全、高效、清洁、低碳、灵活智能运行具有重大意义。

作者 | 黄焕袍

1 背景意义

分布式控制系统亦称分散控制系统(DCS),是工业生产的“大脑”、“神经中枢”、“控制中心”,长期以来我国工业领域国外品牌DCS应用占有一定比例,国产DCS的操作系统和部分芯片也有依赖国外产品技术,这种局面存在安全隐患、断供和“卡脖子”风险,对我国能源生产和经济运行安全构成威胁。工业安全是国家安全的重要组成部分,实施DCS全国产化研发替代应用,实现工业领域DCS自主安全可控是我国工业生产安全和能源供给安全的重要保障。

生产过程智能化、企业管理智慧化是行业技术发展的必然趋势和要求,智能发电运行控制技术首当其冲,是电力行业发电机组实现安全、高效、清洁、低碳、灵活智能运行的重要技术支撑。

2 应用项目

国电建投内蒙古能源有限公司布连电厂一期工程为2×660MW超超临界全辅机单列燃煤空冷机组,给水泵组、一次风机、送风机、引风机、空预器等主要辅机采用单列布置。#2机组锅炉为北京巴布科克•威尔科克斯有限公司提供,汽轮机为上海汽轮机厂提供,发电机为上海发电机厂提供,于2013年06月27日建成投产。

布连电厂主辅机原控制系统采用国能智深EDPF-NT+系统,发电汽轮机组控制系统采用德国西门子T3000系统,实现全厂主辅一体化控制,控制系统包括单元机组系统、公用系统、辅控系统和脱硫系统。

3 DCS自主可控和智能化升级改造内容

iDCS硬件(I/O卡件、DPU控制器、工程师站、操作员站、历史站、高性能服务器、网络交换机等)全部采用基于国产芯片设计制造,关键芯片100%国产化替代,实现电厂分散控制系统自主安全可控。本次国产化改造共计更换:DPU控制器36对、各类I/O卡件845块、交换机12台、上位机13台。

iDCS软件方面,操作系统、支撑平台软件、应用软件100%自主化国产化。上位机操作系统采用定制的国产麒麟Linux操作系统,支撑平台软件使用国能智深自主研发的EDPFNT+4.0版本,控制策略、人机界面(HMI)、控制系统信息安全监控软件、智能检测诊断报警预警软件、智能控制优化软件、大型实时历史数据库(EDPF-AIRDB)、全激励电站仿真软件(EDPF-SIM)等应用软件全部为国能智深自主开发。

国能智深控制技术有限公司(北京国电智深控制技术有限公司)继2018推出“岸石(EDPF-iSol)”国内首套智能发电控制系统(ICS)之后,于2021年3月推出国内首套全国产完全自主可控智能分散控制系统(iDCS);2021年4月完成布连电厂#2机组iDCS集成测试和出厂验收,并通过中国自动化学会发电自动化专委会组织的专家进行的基本性能和应用功能出厂测试;2021年5月成功应用于国电电力内蒙布连电厂660MW超超临界+全辅机单列+空冷机组,至今已经稳定运行3个多月。

4 技术难点和创新点

国电电力布连电厂2×660MW机组集超超临界+全辅机单列+空冷等于一体,其运行控制难度大,对DCS的性能要求和安全要求高,要求DCS既能满足复杂大系统的控制和智能性能要求,也要满足全辅机单列安全运行特殊要求。

国能智深新一代自主可控智能分散控制系统(iDCS)是在几十年自主创新不断优化升级的具有大量成功应用业绩的成熟DCS和智能发电控制系统(ICS)产品技术以及软件全国化研发应用基础上,进一步实现硬件芯片的全国产化替代研发应用,是真正意义上的集全国产化和智能化于一体的新一代分散控制系统。

国能智深新一代iDCS具有以下主要创新特点:

(1)完全自主可控的全国产化软硬件平台,控制器和I/O卡件硬件芯片100%国产化,软件100%国产化,关键核心知识产权100%自主可控,系统整体可用率大于99.9%。全国产完全自主可控智能分散控制系统,硬件设备实现了100%国产化,包括控制器、工控机、I/O卡件网络设备以及高性能智能控制器等;软件实现全部国产化,包括应用软件、操作系统以及智能应用相关软件等。系统经布连电厂#2机组示范应用,可靠性与可用性符合电厂DCS技术要求以及智慧电厂建设要求,解决了火力发电领域工业控制系统的“卡脖子”问题。

(2)设计了泛在感知数据网、全厂实时数据池和智能计算引擎,有效提升了控制系统对生产数据的收集、分析、计算能力,实现发电过程全流程协同优化运行和“能效大闭环”运行控制。通过智慧监盘、高度自动化程序、统计和可视化工具,实现主要底层操作由机器自动执行,运行人员日常操作量显著降低,工作重心转移到对设备状态的监测、诊断和机组运行特性的分析以及对运行效果的改进提升,实现从运检分离向运维一体化的转变。全面应用智能控制算法,使生产运行更加稳定、灵活、可控;工况智能寻优和“能效大闭环”运行,使系统工作在最佳状态,实现自趋优运行。采用智能技术识别危险因素并进行主动管控,规避潜在风险,提升生产运行安全性。

(3)实现自适应、自学习和自趋优的智能发电运行控制模式;高度开放的优化运行、建模计算和统计分析环境,满足了智能应用对第三方应用开放性的要求。

(4)具有主动防御、边界防护、集中监管功能的工控系统网络安全功能,实现iDCS在复杂网络条件下的内生安全防护,确保工控系统自身安全。

(5)新一代iDCS与原有DCS高度兼容,便于升级改造换代,最大限度降低工程成本。全国产自主可控控制器及模件与原控制器及模件,可以无缝更换,用户升级改造可以做到网络完全兼容、硬件安装不改底座和接线,有利减少改造工作量和费用,充分保护用户前期投资。

5 项目应用效果

全国产自主可控智能分散火电控制系统iDCS自2021年5月在布连示范项目投运以来,系统稳定可靠,实现完全自主可控和发电过程的智能控制与运行、智能监测分析、智能安全管控。机组性能试验和运行统计情况表明,系统实现了机组安全、高效、环保、灵活、智能的运行,主要性能特点如下:

(1)控制器计算处理能力强,低功耗、低散热,在停运风扇情况下,外壳能保持正常温度。

(2)I/O信号精度高。

(3)网络及DPU的通讯负荷较低。

(4)网络切换能做到完全无扰切换。

(5)抗交直流共模干扰以及对讲机手机射频干扰能力强。

(6)网络最大负荷≤15%;支持100ms~1s的实时历史数据交互;支持5种以上智能算法可扩展能力;支持复杂逻辑和控制方案的宏算法封装。

(7)智能报警系统滋扰报警抑制功能减少误报率80%以上;减少高频报警信号8 0%以上,减少无效报警信号90% 以上,报警信号响应时间小于1s;报警系统信息分析准确率≥90%。

(8)以阶梯式广义预测控制为核心设计协调控制方案,机组变负荷速率可达2%~3%Pe/min,机组AGC月度可利用率≥99%,AGC指令响应时间≤30s,AGC考核KP均值≥3.5。

(9)汽温控制系统、脱硝控制系统能够很好的根据预测参数实现控制量的超前调节,负荷大范围波动下主蒸汽温度波动最大动态偏差为2.8℃,再热蒸汽温度最大动态偏差为4.4℃,NOx浓度最大偏差小于6mg/Nm3,实现了高精度与高品质控制。

(10)机组自动投入率100%,保护投入率100%,自5月25日并网后持续稳定运行至今。国产芯片和操作系统等软硬件工作正常,未出现因DCS原因发生机组非停、降出力等现象,系统可用率大于99.95%。

(11)提高了控制系统安全保护能力,可防范外部的渗透攻击,防止恶意代码执行、越权访问等各种异常行为,满足国家等级保护的三级要求。

全国产自主可控智能分散控制系统iDCS在660MW超超临界全辅机单列空冷机组上的成功应用标志我国发电机组的运行控制全面实现了智能化和自主安全可控,对我国能源生产安全和电力发电机组实现安全、高效、清洁、低碳、灵活智能运行具有重大意义。

摘自《自动化博览》2021年9月刊

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