久久久91-久久久91精品国产一区二区-久久久91精品国产一区二区三区-久久久999国产精品-久久久999久久久精品

1、 項目背景

預(yù)計“十四五”風(fēng)電新增規(guī)模在2.3億千瓦左右，年均裝機容量將達到4500萬千瓦以上，風(fēng)電對我國電力能源安全的重要性日益凸顯。PLC及主控系統(tǒng)作為風(fēng)力發(fā)電機組的核心控制器件和電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)單元，對電力系統(tǒng)安全以及風(fēng)力發(fā)電機的安全、高效運行至關(guān)重要。

當(dāng)前風(fēng)電用PLC（可編程邏輯控制器）仍依賴進口，主要包括德國Beckhoff的CX系列、奧地利Bachmann的MC系列、德國Siemens S7-1500系列等，底層CPU芯片均系進口，關(guān)鍵核心器件嚴(yán)重受制于人，對風(fēng)電行業(yè)的平穩(wěn)發(fā)展和國家重要電力基礎(chǔ)設(shè)施的安全運行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。研制風(fēng)電領(lǐng)域自主可控工控核心產(chǎn)品，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，解決關(guān)鍵技術(shù)卡脖子問題，是貫徹新發(fā)展理念，落實國家雙碳目標(biāo)的關(guān)鍵舉措。

中國電子集團與中國華能集團積極開展關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施能源領(lǐng)域的國產(chǎn)化工業(yè)控制系統(tǒng)改造，中電智能科技有限公司和北京華能新銳控制技術(shù)有限公司聯(lián)合開展國產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電機組控制系統(tǒng)研制。該系統(tǒng)采用國產(chǎn)信創(chuàng)產(chǎn)品，以飛騰芯片、國產(chǎn)PLC、邏輯組態(tài)軟件SC-Prosys、監(jiān)控組態(tài)軟件SC-Proview為基礎(chǔ)，充分利用華能集團風(fēng)電領(lǐng)域的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，自主開發(fā)風(fēng)電機組控制系統(tǒng)和控制策略，全面開展推廣應(yīng)用和產(chǎn)品迭代。項目分別在吉林同發(fā)華能風(fēng)電場和山東東營華能河口風(fēng)電場選擇50臺主流機型進行國產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電機控制系統(tǒng)進行改造及示范應(yīng)用(共計100臺套)，充分在不同地域、不同氣候環(huán)境進行國產(chǎn)自主可控風(fēng)機主控系統(tǒng)的推廣驗證。

2、 項目目標(biāo)與原則

項目設(shè)計本著從實際出發(fā)，以充分實現(xiàn)自主可控、安全可信為原則，以解決風(fēng)力發(fā)電企業(yè)實際困難為目標(biāo)，以提高風(fēng)機運行小時數(shù)、降低故障率、提高發(fā)電量為考核指標(biāo)，完成華能集團兩個風(fēng)場合計100臺套的1.5MW風(fēng)力發(fā)電機組的主控系統(tǒng)國產(chǎn)化改造項目，解決因進口PLC停產(chǎn)、風(fēng)機運行故障率高等長期困擾風(fēng)力發(fā)電企業(yè)的難題。同時也是全國首個基于安全先進綠色計算體系，完全國產(chǎn)、自主、可控的國產(chǎn)風(fēng)機主控系統(tǒng)的批量示范應(yīng)用。

3、 項目實施與應(yīng)用情況

3.1 項目規(guī)劃

項目首次實現(xiàn)風(fēng)電領(lǐng)域的國產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電機組主控系統(tǒng)的批量化應(yīng)用，替代原進口產(chǎn)品，解決長期困擾風(fēng)力發(fā)電企業(yè)無備品備件可用、風(fēng)機故障率高的難題，充分驗證國產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電機組主控系統(tǒng)的可行性和穩(wěn)定性。打破長期依賴國外廠家在該領(lǐng)域的壟斷地位，實現(xiàn)國家關(guān)鍵基礎(chǔ)電力設(shè)施安全、自主、可控，為面向全國的推廣和普及起到帶頭示范作用。

3.2 實施和應(yīng)用詳細情況

該項目選擇在吉林同發(fā)和山東東營兩個風(fēng)場進行共計100臺套的風(fēng)力發(fā)電機組主控系統(tǒng)改造，同發(fā)風(fēng)場50臺，東營風(fēng)場50臺。機組為SL1500風(fēng)力發(fā)電機組，原主控系統(tǒng)采用ABB風(fēng)電PLC產(chǎn)品，該系列產(chǎn)品已經(jīng)停產(chǎn)多年導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電企業(yè)備品備件緊張、價格昂貴且故障率較高。此次替換改造主要以實現(xiàn)全面替代原進口PLC為目標(biāo)，同時優(yōu)化風(fēng)機主控系統(tǒng)控制策略和控制機制，降低風(fēng)機故障率、提高風(fēng)機運行小時數(shù)、提高發(fā)電量。

圖1 國產(chǎn)風(fēng)力發(fā)電機組主控系統(tǒng)架構(gòu)圖

3.3 項目創(chuàng)新性

（1）研制了核心芯片全國產(chǎn)的高性能PLC，并首次實現(xiàn)百臺套規(guī)模化應(yīng)用。提出了基于國產(chǎn)高性能四核處理器的多級反饋隊列調(diào)度算法和基于流固耦合傳熱模型的高效散熱方法，實現(xiàn)了國產(chǎn)PLC模塊在資源受限下的性能最優(yōu)，位、字節(jié)、整型、浮點型指令處理速度分別達到2ns、2ns、2ns、7ns，系統(tǒng)最小任務(wù)周期可達1ms。利用PCIE高速總線進行功能轉(zhuǎn)換，擴展千兆高速以太網(wǎng)、高速存儲等接口，總線輪詢周期最小可達到200μs，數(shù)據(jù)存儲速率達到120Mbps，基于國產(chǎn)操作系統(tǒng)和QT框架開發(fā)了可跨平臺的程序編譯軟件，實現(xiàn)了風(fēng)電PLC系統(tǒng)核心芯片、嵌入式操作系統(tǒng)和程序編譯軟件等全國產(chǎn)化，首次實現(xiàn)多機型、多場景規(guī)模化應(yīng)用。

（2）首次提出風(fēng)電自主可控PLC的代碼安全及網(wǎng)絡(luò)安全方法，實現(xiàn)風(fēng)電自主可控產(chǎn)品的內(nèi)外安全。提出了一種具有異常保護及診斷的工業(yè)代碼生成技術(shù)，通過加密校驗、身份確認等安全保護技術(shù)，實現(xiàn)了風(fēng)電控制系統(tǒng)從邏輯組態(tài)到控制邏輯編譯下載、啟動、運行等全過程的內(nèi)置安全；發(fā)明了一種基于規(guī)則描述語言的網(wǎng)絡(luò)動態(tài)配置過濾規(guī)則的方法，對通信數(shù)據(jù)包深度解析,通過配置白名單規(guī)則，對不滿足規(guī)則的數(shù)據(jù)包進行過濾并報警，實現(xiàn)了風(fēng)機側(cè)控制網(wǎng)絡(luò)的安全防護。

（3）首次實現(xiàn)了基于自主可控PLC和操作系統(tǒng)的風(fēng)電場-機協(xié)同的載荷優(yōu)化控制策略。在國產(chǎn)PLC系統(tǒng)和編譯規(guī)則基礎(chǔ)上，自主設(shè)計了風(fēng)電機組控制底層函數(shù)庫及運行控制策略，提出了基于不同尾流效應(yīng)提出多影響因素的機組載荷優(yōu)化方法，通過多目標(biāo)協(xié)同降低了尾流、陣風(fēng)、葉輪不平衡度等工況對機組載荷的影響，分量載荷最大降低8.33%。設(shè)計了基于場站數(shù)據(jù)統(tǒng)計的風(fēng)電偏航偏差辨識及糾偏方法，年發(fā)電量提升1.49% 。

2022年8月，項目通過了以院士為組長的技術(shù)鑒定，整體技術(shù)達到國際先進水平。

圖2 科技成果鑒定證書

3.4 項目重點

項目采用國產(chǎn)PLC實現(xiàn)100套SL1500風(fēng)機主控系統(tǒng)國外品牌PLC替代，在吉林、山東不同區(qū)域，充分驗證國產(chǎn)自主可控PLC在風(fēng)電領(lǐng)域批量應(yīng)用的可行性。解決長期困擾風(fēng)力發(fā)電企業(yè)的備品備件難題，解決該領(lǐng)域的卡脖子難題，實現(xiàn)從底層芯片硬件到頂層應(yīng)用軟件、從設(shè)計開發(fā)到實施運行，全流程的國產(chǎn)自主可控。

項目底層核心CPU采用國產(chǎn)飛騰4核高性能芯片，PLC-采用國產(chǎn)嵌入式實時操作系統(tǒng)，支持4GB內(nèi)存，支持32GB外部存儲，支持快速數(shù)據(jù)存儲。風(fēng)場監(jiān)控系統(tǒng)采用北京華能新銳控制技術(shù)有限公司自主研發(fā)的風(fēng)場SCADA系統(tǒng)，計算機采用國產(chǎn)長城主機，保障數(shù)據(jù)的安全性、保密性。

3.5 項目中難點問題及解決思路

3.5.1 難點問題

（1）風(fēng)機數(shù)據(jù)量大，在此之前還沒有在風(fēng)電領(lǐng)域批量采用全國產(chǎn)技術(shù)的先例，該項目為全國首例；

（2）全流程國產(chǎn)解決方案，從底層芯片到上層應(yīng)用，從設(shè)計開發(fā)到實施應(yīng)用全部采用國產(chǎn)解決方案。尤其是國產(chǎn)操作系統(tǒng)和設(shè)計開發(fā)軟件的應(yīng)用，給風(fēng)機主控程序的設(shè)計和開發(fā)帶來非常多的限制和困難，有些以前常用的設(shè)計方法、程序算法、調(diào)試手段，在國產(chǎn)生態(tài)環(huán)境中無法使用。

（3） 工期緊，項目施工期間不能影響風(fēng)力發(fā)電企業(yè)的照常生產(chǎn)運行。PLC是整個風(fēng)機運行的指揮中心，風(fēng)機替換PLC相當(dāng)于進行大腦手術(shù)。既要完成PLC替換任務(wù)，又不能影響風(fēng)力發(fā)電企業(yè)的生產(chǎn)運行，難度非常大。

（4） 機型多種多樣，雖然風(fēng)機的型號都是SL1500，但這100臺風(fēng)機并不完全相同，有的風(fēng)速風(fēng)向儀型號不同、有的變槳系統(tǒng)不同、有的偏航系統(tǒng)不同，僅風(fēng)速風(fēng)向儀就有3種型號。風(fēng)機主要設(shè)備的不統(tǒng)一，為批量應(yīng)用增加了不少難度。

（5） 國產(chǎn)芯片在風(fēng)電領(lǐng)域“水土不服”，風(fēng)機上空間狹小、電磁環(huán)境復(fù)雜，部分國產(chǎn)芯片尤其是通訊類芯片無法正常工作。

（6）風(fēng)機震動導(dǎo)致模塊現(xiàn)場總線不穩(wěn)定，風(fēng)機發(fā)電時、偏航時機艙震動比普通設(shè)備大的多，導(dǎo)致模塊現(xiàn)場總線出現(xiàn)不穩(wěn)定的情況。

3.5.2 解決思路

（1）對風(fēng)機情況進行摸排，為搞清楚項目風(fēng)機的具體情況提前對現(xiàn)場風(fēng)機進行了多次摸排確認，對風(fēng)機類型進行細分。發(fā)現(xiàn)除了風(fēng)機設(shè)備的不同之外，由于風(fēng)機多年的運行老化，每臺風(fēng)機都存在不同程度的差異。在風(fēng)機根據(jù)主要設(shè)備進行分類的基礎(chǔ)上，一機一策，制定處理預(yù)案提前準(zhǔn)備相關(guān)物料。

（2） 開發(fā)設(shè)計人員解放思想，群策群力。全國產(chǎn)設(shè)計開發(fā)環(huán)境在實際應(yīng)用中還存在著非常多的不足，有很多經(jīng)驗總結(jié)的控制策略、調(diào)試手段無法實現(xiàn)，只能拋棄以往經(jīng)驗從頭開始。根據(jù)國產(chǎn)生態(tài)環(huán)境的特性另辟蹊徑，組織專家會議，風(fēng)機主控開發(fā)人員和SC-Prosys開發(fā)人員聯(lián)合研究項目難題解決方案，滿足項目實施需要。

（3） 協(xié)調(diào)芯片、通訊總線等底層開發(fā)人員到現(xiàn)場進行分析解決。實驗室就是前線，前線就是實驗室。充分發(fā)揮央企聯(lián)合體強強聯(lián)手優(yōu)勢，組織協(xié)調(diào)從芯片開發(fā)、鏈路設(shè)計到應(yīng)用設(shè)計全流程專家，實驗室和前線一體化，聯(lián)合作戰(zhàn)攻克關(guān)鍵難點。

（4）緊抓施工窗口期。為了既能完成PLC替換任務(wù)，又能保證不影響風(fēng)力發(fā)電企業(yè)的生產(chǎn)運行，項目組根據(jù)天氣情況選擇在無風(fēng)天或小風(fēng)天進行改造作業(yè)。天氣瞬息萬變，施工窗口期非常難得也非常難把控，項目組為適應(yīng)天氣的變化提前做好充足的物料和人員準(zhǔn)備，實施改造作業(yè)前把不影響風(fēng)機發(fā)電的工作先做完，窗口期到來時就全力進行改造作業(yè)。

4、 效益分析

社會效益：

·  首次100套風(fēng)力發(fā)電機組進行國產(chǎn)主控系統(tǒng)應(yīng)用，為國產(chǎn)PLC在風(fēng)電領(lǐng)域的批量化應(yīng)用積攢了豐富的項目經(jīng)驗，起到良好的示范效果。

·  完成了風(fēng)電領(lǐng)域從底層芯片到上層應(yīng)用以及設(shè)計開發(fā)環(huán)境的全流程國產(chǎn)應(yīng)用。充分發(fā)揮了央企強強聯(lián)手的優(yōu)勢，體現(xiàn)了央企的國家使命，打破國外品牌的壟斷。

·  首次實現(xiàn)了關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域工業(yè)控制系統(tǒng)全范圍國產(chǎn)自主安全化。

經(jīng)濟效益：

成功解決困擾風(fēng)力發(fā)電企業(yè)已久的國外PLC停產(chǎn)難題，降低風(fēng)機故障率25%，提升發(fā)電量2.3%。

我國風(fēng)電并網(wǎng)裝機容量突破3億千瓦，較2016年底實現(xiàn)翻番，是2020年底歐盟風(fēng)電總裝機的1.4倍、美國的2.6倍，已連續(xù)12年穩(wěn)居全球第一。本次項目的順利完成并取得顯著的效果，代表風(fēng)電領(lǐng)域國產(chǎn)PLC應(yīng)用取得成功，全國推廣后存量市場預(yù)計可創(chuàng)造100億的經(jīng)濟價值，風(fēng)機新增裝機每年預(yù)計可創(chuàng)造10億的經(jīng)濟價值。

吉林同發(fā)50臺實施完成

風(fēng)力發(fā)電在能源系統(tǒng)中占有非常重要的地位，是非常好的清潔可再生能源，能源基礎(chǔ)設(shè)施自主、安全、可控，對國家安全具有非常重要的意義。該項目是全國首個基于安全先進綠色計算體系，完全國產(chǎn)、自主、可控的國產(chǎn)風(fēng)機主控系統(tǒng)的批量示范應(yīng)用，充分驗證國產(chǎn)風(fēng)機主控系統(tǒng)方案的穩(wěn)定性和可推廣性，為該系統(tǒng)更大更全面的普及和推廣奠定了堅實的基礎(chǔ)；同時，在不同區(qū)域、不同氣候環(huán)境對風(fēng)電控制系統(tǒng)進行國產(chǎn)PLC批量應(yīng)用具有非常重要的示范意義和科學(xué)價值。該項目案例材料真實、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、內(nèi)容詳盡、完整，具有較高的社會效益和經(jīng)濟效益。