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杭州和利時自動化有限公司火電行業(yè)部副總經(jīng)理胡樹云

和利時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(xù)不斷地關(guān)注電力行業(yè)的發(fā)展。在高端大型火力發(fā)電自動化方面，和利時提供的全廠一體化控制系統(tǒng)，全面替代進口，不僅為行業(yè)發(fā)展提供具有競爭力的產(chǎn)品，更根據(jù)不同客戶需求提供先進解決方案，深受用戶信賴。本期記者采訪了杭州和利時自動化有限公司火電行業(yè)部副總經(jīng)理胡樹云，傾聽和利時對于電力能源行業(yè)發(fā)展的獨到解讀。

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

胡樹云：面向新一代的數(shù)字化、信息化電廠建設(shè)，和利時推出了分布式控制系統(tǒng)HOLLiASMACS、汽輪機數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（T800S/T800F）、仿真系統(tǒng)HOLLiAS SimuPlant、設(shè)備管理系統(tǒng)HOLLiAS AMS、安全儀表系統(tǒng)HiaGuard、優(yōu)化控制系統(tǒng)HOLLiAS APC、和利時MES制造執(zhí)行系統(tǒng)、電氣儀表等產(chǎn)品實現(xiàn)電站鍋爐、汽輪機、輔機、脫硫、脫硝等全流程主設(shè)備和輔助設(shè)備的控制、保護和運營優(yōu)化。

自動化博覽：和利時在電力能源行業(yè)的主要特點和優(yōu)勢是什么？

胡樹云：和利時基于國際主流DCS的系統(tǒng)功能，結(jié)合多年的系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用經(jīng)驗，推出了HOLLiAS MACS系統(tǒng) ，該系統(tǒng)具有信息化、混合控制、分散化、開放性和高可靠性等特點，是一套代表當今先進技術(shù)水平的DCS產(chǎn)品。自上世紀90年代進入電力行業(yè)（長山電廠200MW機組）以來，和利時DCS系統(tǒng)已經(jīng)在電站控制工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，近年來已經(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(yīng)用,并實現(xiàn)了國產(chǎn)DCS在600MW、1000MW機組上的首臺套應(yīng)用。

和利時秉承“真誠地為用戶設(shè)想”的理念，建立以用戶為中心的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，在北京總部建成有可靠性與系統(tǒng)仿真試驗中心、國家級企業(yè)技術(shù)中心和四條自動化產(chǎn)品生產(chǎn)線，在杭州基地建成年產(chǎn)能超過1萬臺控制柜的大型控制系統(tǒng)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多個分支機構(gòu)使和利時能更好地貼近用戶，了解用戶需求，做出快速響應(yīng)，為用戶提供專業(yè)的項目咨詢、優(yōu)質(zhì)的工程服務(wù)和貼心的售后服務(wù)。

自動化博覽：您認為自動化技術(shù)在中國的電力能源行業(yè)中應(yīng)用現(xiàn)狀如何？還存在哪些問題？

胡樹云：如今自動化技術(shù)在電力行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，DCS、PLC、SIS、OTS、AMS等系統(tǒng)廣范應(yīng)用于電力的生產(chǎn)監(jiān)控、設(shè)備管理和運營管理，現(xiàn)場總線技術(shù)、無線控制技術(shù)、圖像識別技術(shù)也有一定的應(yīng)用。綜合來看電力生產(chǎn)的自動化水平較高，大型電站的人員定員相比過去有較大幅度減少，人員勞動強度降低，企業(yè)的安全生產(chǎn)事故率相比其他行業(yè)也比較低。

我個人認為，還存在以下問題：

（1）先進的優(yōu)化控制技術(shù)應(yīng)用效果不高。電力生產(chǎn)過程中自動化水平比較高，但是精細化控制和深度優(yōu)化控制的技術(shù)應(yīng)用效果不高，企業(yè)節(jié)能降耗還有一定的空間。

（2）測量和數(shù)據(jù)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(fù)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(shù)據(jù)不能有效融合。管理到生產(chǎn)裝備的大閉環(huán)控制沒有實現(xiàn)，管理和生產(chǎn)的銜接還主要依賴于人。

（4）新技術(shù)應(yīng)用較少。如大數(shù)據(jù)、云計算、三維可視化、移動和遠程監(jiān)控、信息安全防護、在線仿真、機器人等技術(shù)結(jié)合電力生產(chǎn)和管理的應(yīng)用還比較少，企業(yè)的運營水平還有一定提升空間。

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

胡樹云：工業(yè)控制系統(tǒng)堪稱國家關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)施和基礎(chǔ)設(shè)施運行的“神經(jīng)中樞”，工業(yè)控制系統(tǒng)的安全關(guān)系到國家的戰(zhàn)略安全。針對智能工控系統(tǒng)的安全威脅不僅是信息破壞，而且會直接導(dǎo)致物理設(shè)施損壞，甚至出現(xiàn)爆炸等不可預(yù)期的災(zāi)難結(jié)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)從原來的商業(yè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)逐步擴展到工業(yè)控制系統(tǒng)，主要集中在能源、化工、政府機構(gòu)以及核設(shè)施等領(lǐng)域，甚至針對智能工控系統(tǒng)的攻擊也已經(jīng)成為針對主權(quán)國家信息空間攻擊的軍事手段。有數(shù)據(jù)顯示，信息安全事件呈逐年上升趨勢。我國工控系統(tǒng)由于基礎(chǔ)薄弱等原因，工控安全威脅有增無減。希望盡快建立完善系統(tǒng)級的安全要求標準體系，在系統(tǒng)設(shè)計上建立完善的DCS、現(xiàn)場總線、PLC系統(tǒng)安全設(shè)計規(guī)范等。大型工業(yè)企業(yè)也應(yīng)盡快對工控系統(tǒng)建立信息安全防護體系。

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

胡樹云：近幾年，隨著電力行業(yè)跑馬圈地、粗放發(fā)展時代的過去，火電大氣污染物、碳排放受到嚴格限制，電力調(diào)峰任務(wù)加劇，行業(yè)發(fā)展面臨新的挑戰(zhàn)。在節(jié)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(qū)動下，發(fā)電企業(yè)開始了對智能化電廠建設(shè)的探索，大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(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(shè)數(shù)字化物理載體為主的階段，向更清潔、高效、可靠的智能化電廠發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)，建設(shè)智能電廠已經(jīng)成為行業(yè)的共識。我認為未來十年圍繞智能工廠建設(shè)的產(chǎn)品、方案和服務(wù)將會是自動化公司業(yè)務(wù)發(fā)展的重點。

針對電力行業(yè)建設(shè)智能電廠的發(fā)展需要，和利時推出第五代高可靠性DCS系統(tǒng)，系統(tǒng)采用安全設(shè)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(shè)計，從而實現(xiàn)生產(chǎn)、設(shè)備、安全三大目標的最佳協(xié)調(diào)。系統(tǒng)可集成SIS、PLC、MES、ERP等系統(tǒng)，實現(xiàn)智能現(xiàn)場設(shè)備、控制系統(tǒng)、企業(yè)資源管理系統(tǒng)之間無縫信息流傳送，實現(xiàn)工廠智能化、管控一體化。

為實現(xiàn)智能電廠的建設(shè)，和利時推出基于全互聯(lián)工業(yè)服務(wù)架構(gòu)的智能電廠的解決方案，方案以大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用為基礎(chǔ)，將智能設(shè)備、機組的智能控制、遠程云服務(wù)、大數(shù)據(jù)分析等代表智能化的新技術(shù)與傳統(tǒng)電力行業(yè)信息化進行深入融合，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

和利時助力用戶實現(xiàn)國產(chǎn)控制系統(tǒng)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(tǒng)技術(shù)制高點，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(tǒng)，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。如果不實現(xiàn)國產(chǎn)化和自主化，我國在大型自動化控制系統(tǒng)上仍將長期受治于發(fā)達國家，同時也影響我國電力能源生產(chǎn)的安全。

經(jīng)過深入調(diào)研分析，在考察國產(chǎn)600MW等級火電機組DEH控制系統(tǒng)應(yīng)用效果，充分研究百萬級燃煤電站汽輪機控制對象的特點及控制要求的基礎(chǔ)上，和利時聯(lián)合神華集團有限責(zé)任公司、神華（福建）能源有限責(zé)任公司、神華福能發(fā)電有限責(zé)任公司、華北電力設(shè)計院依托神華福能發(fā)電有限責(zé)任公司2×1000MW國產(chǎn)超超臨界燃煤發(fā)電機組DCS和DEH系統(tǒng)項目開展1000MW火電機組的DEH系控制統(tǒng)的研發(fā)和工程項目應(yīng)用。

2　項目目標與原則

本項目通過總結(jié)國內(nèi)外DEH控制裝置的優(yōu)缺點，研究百萬級燃煤電站汽輪機控制對象的特點及控制要求，在軟硬件設(shè)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(tǒng)，用于1000MW超超臨界火電機組的汽輪機控制，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)1000MW超超臨界火電機組DCS和DEH的一體化控制。打破長期以來國外廠家在國內(nèi)大容量超（超）臨界機組，尤其是1000MW超超臨界機組的DEH系統(tǒng)應(yīng)用方面的壟斷局面，推動百萬千瓦等級發(fā)電機組DCS、DEH控制系統(tǒng)國產(chǎn)化發(fā)展。

3　項目實施情況介紹

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

3.1　技術(shù)難點分析

由于1000MW等級超超臨界汽輪機蒸汽參數(shù)高，轉(zhuǎn)子時間常數(shù)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，汽輪機轉(zhuǎn)速會立刻升高或降低，在相同功率偏差百分數(shù)下，轉(zhuǎn)速變化速率更大，所以要求DEH控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速反饋響應(yīng)速度更快。

通過對600MW機組及1000MW機組進行建模，轉(zhuǎn)速PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)速PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)簡化框圖

由于DEH為離散控制系統(tǒng)，從轉(zhuǎn)速測量、主控單元邏輯運算到伺服控制輸出的延遲時間對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響較明顯。通過轉(zhuǎn)速PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)仿真計算。

以1000MW機組參數(shù)為例：放大倍數(shù)Kp=20，積分時間TI=10s，油動機時間常數(shù)T4=0.3s，轉(zhuǎn)速測量時間常數(shù)T 1 = 0 . 0 1 s，輸入輸出延遲時間Tt=0.05、0.1、0.2、0.25s，汽缸容積時間常數(shù)Tc=0.1s，轉(zhuǎn)子時間常數(shù)Ta=6s。轉(zhuǎn)速給定在1s時階躍變化1%，機組轉(zhuǎn)速響應(yīng)曲線如圖2所示。最大轉(zhuǎn)速、調(diào)節(jié)時間如表1所示。

圖2 1000MW機組轉(zhuǎn)速PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)給定轉(zhuǎn)速1%階躍曲線

表1 1000MW汽輪機組轉(zhuǎn)速給定階躍響應(yīng)曲線數(shù)據(jù)表

從如上模型計算可見，對于同一類型機組，控制系統(tǒng)延遲時間越長，調(diào)節(jié)時間越長，汽機的最大飛升轉(zhuǎn)速越大，所以要求控制周期和調(diào)節(jié)回路時間越短越好。

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

通過對數(shù)字測頻技術(shù)的研究，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速測速周期由20ms縮短為5ms，減小轉(zhuǎn)速測量延遲，提高轉(zhuǎn)速控制動態(tài)響應(yīng)性能。

通過對數(shù)字伺服控制技術(shù)的研究，實現(xiàn)伺服控制回路與一次調(diào)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

主要是通過對機組啟動升速階段和并網(wǎng)后功控方式下，機組調(diào)頻方案的優(yōu)化，實現(xiàn)1000MW超超臨界機組汽輪機控制的調(diào)節(jié)品質(zhì)。

（3）1000MW DCS與DEH系統(tǒng)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控制器在同一個通訊構(gòu)架下兩種通訊周期的融合、運算周期差異、數(shù)據(jù)庫一體化、可靠性差異方面的技術(shù)研發(fā)實現(xiàn)1000MW DCS與DEH系統(tǒng)一體化。

3.3　項目創(chuàng)新點

提出一種高速內(nèi)部總線通訊機制，提高了DEH控制系統(tǒng)實時性。提出一種FPGA輔助高性能計算方法，提高了DEH控制系統(tǒng)可靠性。提出一種可靠的DCS主備控制器全數(shù)據(jù)冗余同步機制，提高了DEH控制系統(tǒng)安全性。研發(fā)了基于CAN總線的伺服模塊和測速模塊，提高了一次調(diào)頻性能。研發(fā)成功具有自主知識產(chǎn)權(quán)的DCS與DEH同網(wǎng)絡(luò)、同數(shù)據(jù)庫的一體化控制系統(tǒng),首次在1000MW超超臨界機組上實現(xiàn)了成功應(yīng)用。

3.4　工程實施、投運及驗收

2015年1月10日神華福能發(fā)電有限責(zé)任公司#3機組鍋爐點火一次成功，2月9日，汽輪機一次沖轉(zhuǎn)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機組所有實驗，2015年3月22日，通過168小時的試運，標志著#3機組DCS和DEH一體化控制系統(tǒng)成功應(yīng)用。

根據(jù)華北電力科學(xué)研究院對#3機組的控制系統(tǒng)的性能進行測試，DEH控制系統(tǒng)能可靠地對機組進行監(jiān)視與保護，滿足生產(chǎn)運行要求，實現(xiàn)了國產(chǎn)DCS和DEH一體化控制系統(tǒng)在1000MW超超臨界機組上的成功應(yīng)用。

4 　效益分析

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

社會效益：國產(chǎn)DEH投入市場后，大幅壓低進口DEH的中標價格，據(jù)比較平均每臺機組節(jié)省約150萬元。按照國家十三五規(guī)劃，我國將在五年內(nèi)新建約120臺百萬級火電機組，按此計算，國內(nèi)百萬機組將節(jié)約投資約1.8億元人民幣。

摘自《自動化博覽》2017年9月刊