★艾默生自動(dòng)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，由上海電氣集團股份有限公司總包建設，占地44平方公里，總體裝機容量為950MW，包含一個(gè)100MW的塔式光熱發(fā)電機組，三個(gè)200MW的槽式光熱發(fā)電機組，以及250MW的光伏機組。此項目擁有目前世界最大單體光熱裝機容量、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(guò)32萬(wàn)戶(hù)家庭提供清潔電力，實(shí)現減排二氧化碳160萬(wàn)噸、二氧化硫11萬(wàn)噸、可吸入顆粒物2900萬(wàn)噸及氮氧化物5萬(wàn)噸。

圖1 項目現場(chǎng)圖

2　項目挑戰

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

控制系統作為項目運行的大腦，對于電廠(chǎng)最終是否能安全穩定高效運行至關(guān)重要。如何滿(mǎn)足項目需求，實(shí)現對所有設備的集中遠程監控，如何提高運行效率，如何保證生產(chǎn)的安全，降低人為操作，實(shí)現全程自動(dòng)化，必須面對并解決如下挑戰：

（1）項目規模大，聚光系統、儲熱系統、汽輪機發(fā)電系統以及配套輔助系統等設備數量眾多，協(xié)調控制要求高。

（2）主控系統與第三方系統通訊數據量大，三個(gè)機組主控系統與第三方通訊數據量接近6萬(wàn)點(diǎn)，需要強大的數據庫支撐，才能管理海量數據。期間與第三方設備廠(chǎng)商協(xié)調溝通工作量巨大。

（3）項目應用新技術(shù)多，很多控制策略需要不斷測試調整，協(xié)調控制復雜。

（4）項目現場(chǎng)環(huán)境惡劣，氣溫最高可達50攝氏度以上，地表溫度最高可達80攝氏度以上，對于現場(chǎng)控制器和IO卡件要求適應高溫環(huán)境。調試人員也同樣面臨高溫環(huán)境。

圖2 項目現場(chǎng)圖

3　艾默生解決方案

為了保證項目順利實(shí)施、按時(shí)投產(chǎn)，艾默生提供了在電力行業(yè)40年應用經(jīng)驗的Ovation?一體化DCS控制系統。Ovation是一個(gè)專(zhuān)為電力應用而設計的系統，它實(shí)現了完整的DCS架構、系統網(wǎng)絡(luò )、控制器和電源的完全冗余，確?？刂葡到y的安全穩定運行。

此項目艾默生為100MW塔式光熱機組、3個(gè)200MW槽式光熱機組提供先進(jìn)的Ovation?一體化DCS控制系統，負責塔式和槽式系統的水/蒸氣、輔助系統BOP、吸熱系統SR、儲換熱SGS、ACC、電氣等工藝過(guò)程的控制。本項目還為四臺機組配置了廠(chǎng)用電PV系統，艾默生負責廠(chǎng)用電PV系統整體的協(xié)調控制。網(wǎng)絡(luò )架構圖如圖3所示。

主要供貨范圍：

（1）在塔式光熱機組CT區、3個(gè)槽式光熱機組PT1—PT3區各設置1套Ovation高速冗余網(wǎng)絡(luò )，并通過(guò)一套核心交換機連接。怎么實(shí)現系統之間的數據交換對于項目控制系統來(lái)說(shuō)極為重要，Ovation有自己獨有多網(wǎng)協(xié)議，能實(shí)現各個(gè)高速網(wǎng)絡(luò )之間測點(diǎn)數據相互交換，并且可以應用至邏輯與畫(huà)面。

（2）該項目為4個(gè)光熱機組共配置了68對OCR1100冗余控制器，實(shí)現對所有設備的自動(dòng)控制。OCR1100控制器擁有1.1GHZ的主頻，1GB的內存，每個(gè)控制器可以控制32000個(gè)點(diǎn)，支持多任務(wù)管理，最多可以定義5個(gè)獨立任務(wù)，執行循環(huán)時(shí)間范圍為10ms到30s。

（3）在塔式光熱機組的集熱塔配置了4對OCC100冗余就地控制器，負責吸熱系統的控制。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(mǎn)足沙漠高溫環(huán)境應用，確保系統穩定運行。

（4）為4個(gè)機組配置4對OCR1100冗余控制器作為ESD系統控制。

（5）在CT、PT1、PT2和PT3區各設置3臺操作員站。

（6）在CT、PT1、PT2和PT3區各設置1臺歷史服務(wù)器。Ovation歷史數據庫具有強大的數據管理能力，可以處理最多40萬(wàn)點(diǎn)數據，除了采樣模擬和數字點(diǎn)類(lèi)型外，歷史數據庫還可以存儲帶時(shí)間戳的打包數字、節點(diǎn)記錄和丟棄狀態(tài)點(diǎn)讀數。Ovation歷史數據庫可以將一些重要數據點(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(guò)程的準確性。

（7）在CT、PT1、PT2和PT3區各設置1臺工程師/數據庫服務(wù)器。

（8）在CT區設置一套3×10的數字墻大屏，用于畫(huà)面和數據展示。

（9）塔式機組IO硬接線(xiàn)點(diǎn)數6735點(diǎn)。

（10）塔式機組與第三方通訊數據量12722點(diǎn)。

（11）槽式機組IO硬接線(xiàn)點(diǎn)數10707×3點(diǎn)。

（12）槽式機組與第三方通訊數據量14874×3點(diǎn)。

4　項目亮點(diǎn)

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

（1）塔式光熱機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，工作強度大。Ovation提供油鹽換熱優(yōu)化控制策略，實(shí)現SGS換熱系統充放鹽和全程自動(dòng)控制，為運行人員提供了便捷的操作方案，節省了大量的啟/停所用時(shí)間，提高了系統的穩定性，同時(shí)提高了機組經(jīng)濟效益。

（2）迪拜位于沙漠炎熱地區，淡水資源匱乏，所以項目采用ACC空冷島進(jìn)行汽水冷卻。Ovation系統通過(guò)對背壓自動(dòng)調節的系統優(yōu)化，實(shí)現ACC系統全自動(dòng)調節，提高運行效率降低運行成本。

（3）一臺塔式與三臺槽式機組，每臺都有獨立的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(hù)可以根據當前機組運行狀態(tài)來(lái)選擇投用模式，每臺機組都有十多個(gè)控制可以選擇投用。

（4）初期機組并網(wǎng)升/降負荷都是由運行人員手動(dòng)操作，Ovation系統憑借強大的控制管理能力，保障機組協(xié)調負荷控制，實(shí)現機組并網(wǎng)/升降負荷全自動(dòng)升降控制，降低運行人員工作負荷，提高機組運行的安全穩定。

（5）迪拜光熱機組第一次設計光伏PV電源帶廠(chǎng)用電，Ovation提供成熟的廠(chǎng)用電協(xié)調控制方案，顯著(zhù)降低發(fā)電成本，提高機組廠(chǎng)用電經(jīng)濟性。

（6）迪拜光熱項目設備供應商廣泛國際化，多種通訊協(xié)議并存，通訊接口類(lèi)型多、通訊數據量大，總的第三方通訊點(diǎn)數將近6萬(wàn)點(diǎn)。在保證通訊速率及穩定前提下通過(guò)使用Ovation系統ELC通訊模塊來(lái)解決通訊問(wèn)題。Ovation憑借強大的通訊管理能力，匯聚全廠(chǎng)系統設備數據，實(shí)現全廠(chǎng)設備集中控制管理。

圖3 網(wǎng)絡(luò )架構圖

5　收益成果

艾默生提供的Ovation?一體化DCS控制系統，以其強大的性能，龐大的數據管理能力，以及在電力40年的行業(yè)經(jīng)驗儲備，確保項目的安全穩定運行，按時(shí)完成驗收。

（1）安全穩定的控制系統，先進(jìn)的過(guò)程自動(dòng)化、通信和信息管理，實(shí)現高實(shí)時(shí)性、高分辨率的數據集中監控。

（2）實(shí)現光熱機組相互協(xié)調高效發(fā)電，提高運維效率，降低運營(yíng)成本。

（3）通過(guò)APS系統的投入，提高自動(dòng)化率和可操作性，規范工藝啟停順序，減少人為操作，降低運維人員勞動(dòng)強度，提高機組安全性。

（4）實(shí)現成熟的PV廠(chǎng)用電協(xié)調控制方案，顯著(zhù)降低發(fā)電成本，提高機組廠(chǎng)用電經(jīng)濟性。

（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、穩定、高效運行。

摘自《自動(dòng)化博覽》2024年9月刊