杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司火電行業(yè)部副總經(jīng)理胡樹(shù)云

和利時(shí)一直將電力能源行業(yè)視為重要的業(yè)務(wù)領(lǐng)域之一，持續不斷地關(guān)注電力行業(yè)的發(fā)展。在高端大型火力發(fā)電自動(dòng)化方面，和利時(shí)提供的全廠(chǎng)一體化控制系統，全面替代進(jìn)口，不僅為行業(yè)發(fā)展提供具有競爭力的產(chǎn)品，更根據不同客戶(hù)需求提供先進(jìn)解決方案，深受用戶(hù)信賴(lài)。本期記者采訪(fǎng)了杭州和利時(shí)自動(dòng)化有限公司火電行業(yè)部副總經(jīng)理胡樹(shù)云，傾聽(tīng)和利時(shí)對于電力能源行業(yè)發(fā)展的獨到解讀。

自動(dòng)化博覽：和利時(shí)在電力能源行業(yè)提供的主要產(chǎn)品有哪幾類(lèi)？

胡樹(shù)云：面向新一代的數字化、信息化電廠(chǎng)建設，和利時(shí)推出了分布式控制系統HOLLiASMACS、汽輪機數字電液調節系統（T800S/T800F）、仿真系統HOLLiAS SimuPlant、設備管理系統HOLLiAS AMS、安全儀表系統HiaGuard、優(yōu)化控制系統HOLLiAS APC、和利時(shí)MES制造執行系統、電氣儀表等產(chǎn)品實(shí)現電站鍋爐、汽輪機、輔機、脫硫、脫硝等全流程主設備和輔助設備的控制、保護和運營(yíng)優(yōu)化。

自動(dòng)化博覽：和利時(shí)在電力能源行業(yè)的主要特點(diǎn)和優(yōu)勢是什么？

胡樹(shù)云：和利時(shí)基于國際主流DCS的系統功能，結合多年的系統開(kāi)發(fā)應用經(jīng)驗，推出了HOLLiAS MACS系統 ，該系統具有信息化、混合控制、分散化、開(kāi)放性和高可靠性等特點(diǎn)，是一套代表當今先進(jìn)技術(shù)水平的DCS產(chǎn)品。自上世紀90年代進(jìn)入電力行業(yè)（長(cháng)山電廠(chǎng)200MW機組）以來(lái)，和利時(shí)DCS系統已經(jīng)在電站控制工程領(lǐng)域得到了廣泛的應用，近年來(lái)已經(jīng)在20多臺1000MW、40多臺600MW以及200多臺300MW以上大型火電機組上成功應用,并實(shí)現了國產(chǎn)DCS在600MW、1000MW機組上的首臺套應用。

和利時(shí)秉承“真誠地為用戶(hù)設想”的理念，建立以用戶(hù)為中心的服務(wù)網(wǎng)絡(luò )，在北京總部建成有可靠性與系統仿真試驗中心、國家級企業(yè)技術(shù)中心和四條自動(dòng)化產(chǎn)品生產(chǎn)線(xiàn)，在杭州基地建成年產(chǎn)能超過(guò)1萬(wàn)臺控制柜的大型控制系統成套基地，在西安建立有火電研發(fā)、仿真試驗中心。遍布全國60多個(gè)分支機構使和利時(shí)能更好地貼近用戶(hù)，了解用戶(hù)需求，做出快速響應，為用戶(hù)提供專(zhuān)業(yè)的項目咨詢(xún)、優(yōu)質(zhì)的工程服務(wù)和貼心的售后服務(wù)。

自動(dòng)化博覽：您認為自動(dòng)化技術(shù)在中國的電力能源行業(yè)中應用現狀如何？還存在哪些問(wèn)題？

胡樹(shù)云：如今自動(dòng)化技術(shù)在電力行業(yè)得到廣泛的應用，DCS、PLC、SIS、OTS、AMS等系統廣范應用于電力的生產(chǎn)監控、設備管理和運營(yíng)管理，現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)、無(wú)線(xiàn)控制技術(shù)、圖像識別技術(shù)也有一定的應用。綜合來(lái)看電力生產(chǎn)的自動(dòng)化水平較高，大型電站的人員定員相比過(guò)去有較大幅度減少，人員勞動(dòng)強度降低，企業(yè)的安全生產(chǎn)事故率相比其他行業(yè)也比較低。

我個(gè)人認為，還存在以下問(wèn)題：

（1）先進(jìn)的優(yōu)化控制技術(shù)應用效果不高。電力生產(chǎn)過(guò)程中自動(dòng)化水平比較高，但是精細化控制和深度優(yōu)化控制的技術(shù)應用效果不高，企業(yè)節能降耗還有一定的空間。

（2）測量和數據采集的手段還不夠。在燃煤電站的控制中，對煤質(zhì)、煙氣成分、爐膛燃燒等復雜物料和狀態(tài)的測量手段還不可靠，對于機組優(yōu)化控制、性能計算、爐膛安全有一定影響。

（3）控制層和信息管理層的數據不能有效融合。管理到生產(chǎn)裝備的大閉環(huán)控制沒(méi)有實(shí)現，管理和生產(chǎn)的銜接還主要依賴(lài)于人。

（4）新技術(shù)應用較少。如大數據、云計算、三維可視化、移動(dòng)和遠程監控、信息安全防護、在線(xiàn)仿真、機器人等技術(shù)結合電力生產(chǎn)和管理的應用還比較少，企業(yè)的運營(yíng)水平還有一定提升空間。

自動(dòng)化博覽：您如何看待工業(yè)控制系統信息安全問(wèn)題對電力能源行業(yè)發(fā)展的影響？

胡樹(shù)云：工業(yè)控制系統堪稱(chēng)國家關(guān)鍵生產(chǎn)設施和基礎設施運行的“神經(jīng)中樞”，工業(yè)控制系統的安全關(guān)系到國家的戰略安全。針對智能工控系統的安全威脅不僅是信息破壞，而且會(huì )直接導致物理設施損壞，甚至出現爆炸等不可預期的災難結果，對國民經(jīng)濟或公共安全造成嚴重影響。

目前，不法分子攻擊的目標已經(jīng)從原來(lái)的商業(yè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò )逐步擴展到工業(yè)控制系統，主要集中在能源、化工、政府機構以及核設施等領(lǐng)域，甚至針對智能工控系統的攻擊也已經(jīng)成為針對主權國家信息空間攻擊的軍事手段。有數據顯示，信息安全事件呈逐年上升趨勢。我國工控系統由于基礎薄弱等原因，工控安全威脅有增無(wú)減。希望盡快建立完善系統級的安全要求標準體系，在系統設計上建立完善的DCS、現場(chǎng)總線(xiàn)、PLC系統安全設計規范等。大型工業(yè)企業(yè)也應盡快對工控系統建立信息安全防護體系。

自動(dòng)化博覽：近幾年，在智能制造的推動(dòng)下，智能工廠(chǎng)在電力能源行業(yè)發(fā)展迅猛，您如何看待這一趨勢？和利時(shí)有何表現？

胡樹(shù)云：近幾年，隨著(zhù)電力行業(yè)跑馬圈地、粗放發(fā)展時(shí)代的過(guò)去，火電大氣污染物、碳排放受到嚴格限制，電力調峰任務(wù)加劇，行業(yè)發(fā)展面臨新的挑戰。在節能、降耗、減排政策要求和發(fā)電集團集約化、高效管理需求驅動(dòng)下，發(fā)電企業(yè)開(kāi)始了對智能化電廠(chǎng)建設的探索，大數據、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)、云計算、三維可視化等技術(shù)的發(fā)展，為發(fā)電企業(yè)由建設數字化物理載體為主的階段，向更清潔、高效、可靠的智能化電廠(chǎng)發(fā)展奠定了技術(shù)基礎，建設智能電廠(chǎng)已經(jīng)成為行業(yè)的共識。我認為未來(lái)十年圍繞智能工廠(chǎng)建設的產(chǎn)品、方案和服務(wù)將會(huì )是自動(dòng)化公司業(yè)務(wù)發(fā)展的重點(diǎn)。

針對電力行業(yè)建設智能電廠(chǎng)的發(fā)展需要，和利時(shí)推出第五代高可靠性DCS系統，系統采用安全設計理念，吸取國際工業(yè)電子技術(shù)和工業(yè)控制技術(shù)的最新成果，采用全冗余、多重隔離、熱分析、容錯等可靠性設計，從而實(shí)現生產(chǎn)、設備、安全三大目標的最佳協(xié)調。系統可集成SIS、PLC、MES、ERP等系統，實(shí)現智能現場(chǎng)設備、控制系統、企業(yè)資源管理系統之間無(wú)縫信息流傳送，實(shí)現工廠(chǎng)智能化、管控一體化。

為實(shí)現智能電廠(chǎng)的建設，和利時(shí)推出基于全互聯(lián)工業(yè)服務(wù)架構的智能電廠(chǎng)的解決方案，方案以大數據、云計算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用為基礎，將智能設備、機組的智能控制、遠程云服務(wù)、大數據分析等代表智能化的新技術(shù)與傳統電力行業(yè)信息化進(jìn)行深入融合，能夠大大提升機組的運行效率、使用壽命、機組安全性。

案例推薦

和利時(shí)助力用戶(hù)實(shí)現國產(chǎn)控制系統在1000MW超超臨界火電機組DCS和DEH的一體化控制

1　項目背景介紹

1000MW火電機組的DEH是熱控領(lǐng)域公認的控制系統技術(shù)制高點(diǎn)，本項目立項之初，1000MW火電機組的DEH控制全部采用國外控制系統，這也成為制約我國電力裝備制造業(yè)振興和發(fā)展的瓶頸。如果不實(shí)現國產(chǎn)化和自主化，我國在大型自動(dòng)化控制系統上仍將長(cháng)期受治于發(fā)達國家，同時(shí)也影響我國電力能源生產(chǎn)的安全。

經(jīng)過(guò)深入調研分析，在考察國產(chǎn)600MW等級火電機組DEH控制系統應用效果，充分研究百萬(wàn)級燃煤電站汽輪機控制對象的特點(diǎn)及控制要求的基礎上，和利時(shí)聯(lián)合神華集團有限責任公司、神華（福建）能源有限責任公司、神華福能發(fā)電有限責任公司、華北電力設計院依托神華福能發(fā)電有限責任公司2×1000MW國產(chǎn)超超臨界燃煤發(fā)電機組DCS和DEH系統項目開(kāi)展1000MW火電機組的DEH系控制統的研發(fā)和工程項目應用。

2　項目目標與原則

本項目通過(guò)總結國內外DEH控制裝置的優(yōu)缺點(diǎn)，研究百萬(wàn)級燃煤電站汽輪機控制對象的特點(diǎn)及控制要求，在軟硬件設計、控制邏輯等方面采取針對性措施，研究和制造出一套符合1000MW超超臨界火電機組DEH控制的系統，用于1000MW超超臨界火電機組的汽輪機控制，并在此基礎上實(shí)現1000MW超超臨界火電機組DCS和DEH的一體化控制。打破長(cháng)期以來(lái)國外廠(chǎng)家在國內大容量超（超）臨界機組，尤其是1000MW超超臨界機組的DEH系統應用方面的壟斷局面，推動(dòng)百萬(wàn)千瓦等級發(fā)電機組DCS、DEH控制系統國產(chǎn)化發(fā)展。

3　項目實(shí)施情況介紹

本項目的實(shí)施針對1000MW燃煤機組DEH控制系統的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題展開(kāi)，在對國外DEH控制系統的性能和應用的調研基礎上，凝練出現有的1000MW燃煤機組DEH控制系統的關(guān)鍵技術(shù)，并通過(guò)理論分析、方案驗證、原理樣機、功能測試、工程實(shí)踐等方法實(shí)現技術(shù)的突破，研發(fā)了1000MW燃煤機組DEH控制系統的應用技術(shù)、DCS與DEH一體化集成控制的技術(shù)及工程實(shí)施方案，在此基礎上以神華福能發(fā)電有限公司#3和#4機組為研究對象，實(shí)現國產(chǎn)控制系統在1000MW超超臨界火電機組DCS和DEH的一體化控制。

3.1　技術(shù)難點(diǎn)分析

由于1000MW等級超超臨界汽輪機蒸汽參數高，轉子時(shí)間常數比600MW機組縮小，當汽輪機輸出機械功率與損耗功率的平衡被打破時(shí)，汽輪機轉速會(huì )立刻升高或降低，在相同功率偏差百分數下，轉速變化速率更大，所以要求DEH控制系統的轉速反饋?lái)憫俣雀臁?/p>

通過(guò)對600MW機組及1000MW機組進(jìn)行建模，轉速PID調節系統模型如圖1所示。

圖1 轉速PID調節系統簡(jiǎn)化框圖

由于DEH為離散控制系統，從轉速測量、主控單元邏輯運算到伺服控制輸出的延遲時(shí)間對系統穩定性的影響較明顯。通過(guò)轉速PID調節系統仿真計算。

以1000MW機組參數為例：放大倍數Kp=20，積分時(shí)間TI=10s，油動(dòng)機時(shí)間常數T4=0.3s，轉速測量時(shí)間常數T 1 = 0 . 0 1 s，輸入輸出延遲時(shí)間Tt=0.05、0.1、0.2、0.25s，汽缸容積時(shí)間常數Tc=0.1s，轉子時(shí)間常數Ta=6s。轉速給定在1s時(shí)階躍變化1%，機組轉速響應曲線(xiàn)如圖2所示。最大轉速、調節時(shí)間如表1所示。

圖2 1000MW機組轉速PID調節系統給定轉速1%階躍曲線(xiàn)

表1 1000MW汽輪機組轉速給定階躍響應曲線(xiàn)數據表

從如上模型計算可見(jiàn)，對于同一類(lèi)型機組，控制系統延遲時(shí)間越長(cháng)，調節時(shí)間越長(cháng)，汽機的最大飛升轉速越大，所以要求控制周期和調節回路時(shí)間越短越好。

3.2　關(guān)鍵技術(shù)研究

（1）快速測速卡和快速伺服卡的研究

通過(guò)對數字測頻技術(shù)的研究，實(shí)現轉速測速周期由20ms縮短為5ms，減小轉速測量延遲，提高轉速控制動(dòng)態(tài)響應性能。

通過(guò)對數字伺服控制技術(shù)的研究，實(shí)現伺服控制回路與一次調頻回路上的運算周期達到20~40ms，提高了控制的快速性。

（2）1000MW超超臨界機組汽輪機的控制算法及相關(guān)邏輯的研究

主要是通過(guò)對機組啟動(dòng)升速階段和并網(wǎng)后功控方式下，機組調頻方案的優(yōu)化，實(shí)現1000MW超超臨界機組汽輪機控制的調節品質(zhì)。

（3）1000MW DCS與DEH系統一體化的研發(fā)

從DCS控制和DEH控制中I/O模塊差異、DCS控制器和DEH控制器在同一個(gè)通訊構架下兩種通訊周期的融合、運算周期差異、數據庫一體化、可靠性差異方面的技術(shù)研發(fā)實(shí)現1000MW DCS與DEH系統一體化。

3.3　項目創(chuàng )新點(diǎn)

提出一種高速內部總線(xiàn)通訊機制，提高了DEH控制系統實(shí)時(shí)性。提出一種FPGA輔助高性能計算方法，提高了DEH控制系統可靠性。提出一種可靠的DCS主備控制器全數據冗余同步機制，提高了DEH控制系統安全性。研發(fā)了基于CAN總線(xiàn)的伺服模塊和測速模塊，提高了一次調頻性能。研發(fā)成功具有自主知識產(chǎn)權的DCS與DEH同網(wǎng)絡(luò )、同數據庫的一體化控制系統,首次在1000MW超超臨界機組上實(shí)現了成功應用。

3.4　工程實(shí)施、投運及驗收

2015年1月10日神華福能發(fā)電有限責任公司#3機組鍋爐點(diǎn)火一次成功，2月9日，汽輪機一次沖轉成功，2月12日#3機組一次并網(wǎng)成功。2月13日#3機組負荷達到1000MW。3月13日完成#3機組所有實(shí)驗，2015年3月22日，通過(guò)168小時(shí)的試運，標志著(zhù)#3機組DCS和DEH一體化控制系統成功應用。

根據華北電力科學(xué)研究院對#3機組的控制系統的性能進(jìn)行測試，DEH控制系統能可靠地對機組進(jìn)行監視與保護，滿(mǎn)足生產(chǎn)運行要求，實(shí)現了國產(chǎn)DCS和DEH一體化控制系統在1000MW超超臨界機組上的成功應用。

4 　效益分析

經(jīng)濟效益：與國內同容量采用進(jìn)口DCS產(chǎn)品的火力發(fā)電廠(chǎng)機組相比，國產(chǎn)DCS一次性投入成本明顯降低。進(jìn)入生產(chǎn)期，國產(chǎn)DCS售后服務(wù)、備件采購相比進(jìn)口DCS，在采購周期、價(jià)格方面都有較大優(yōu)勢。據比較在年保服務(wù)和備件采購方面能節約成本約50%。

社會(huì )效益：國產(chǎn)DEH投入市場(chǎng)后，大幅壓低進(jìn)口DEH的中標價(jià)格，據比較平均每臺機組節省約150萬(wàn)元。按照國家十三五規劃，我國將在五年內新建約120臺百萬(wàn)級火電機組，按此計算，國內百萬(wàn)機組將節約投資約1.8億元人民幣。

摘自《自動(dòng)化博覽》2017年9月刊