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案例頻道作者 | 黃煥袍
1 背景意義
分布式控制系統亦稱分散控制系統（DCS），是工業生產的“大腦”、“神經中樞”、“控制中心”，長期以來我國工業領域國外品牌DCS應用占有一定比例，國產DCS的操作系統和部分芯片也有依賴國外產品技術，這種局面存在安全隱患、斷供和“卡脖子”風險，對我國能源生產和經濟運行安全構成威脅。工業安全是國家安全的重要組成部分，實施DCS全國產化研發替代應用，實現工業領域DCS自主安全可控是我國工業生產安全和能源供給安全的重要保障。
生產過程智能化、企業管理智慧化是行業技術發展的必然趨勢和要求，智能發電運行控制技術首當其沖，是電力行業發電機組實現安全、高效、清潔、低碳、靈活智能運行的重要技術支撐。
2 應用項目
國電建投內蒙古能源有限公司布連電廠一期工程為2×660MW超超臨界全輔機單列燃煤空冷機組，給水泵組、一次風機、送風機、引風機、空預器等主要輔機采用單列布置。#2機組鍋爐為北京巴布科克?威爾科克斯有限公司提供，汽輪機為上海汽輪機廠提供，發電機為上海發電機廠提供，于2013年06月27日建成投產。
布連電廠主輔機原控制系統采用國能智深EDPF-NT+系統，發電汽輪機組控制系統采用德國西門子T3000系統，實現全廠主輔一體化控制，控制系統包括單元機組系統、公用系統、輔控系統和脫硫系統。
3 DCS自主可控和智能化升級改造內容
iDCS硬件（I/O卡件、DPU控制器、工程師站、操作員站、歷史站、高性能服務器、網絡交換機等）全部采用基于國產芯片設計制造，關鍵芯片100%國產化替代，實現電廠分散控制系統自主安全可控。本次國產化改造共計更換：DPU控制器36對、各類I/O卡件845塊、交換機12臺、上位機13臺。
iDCS軟件方面，操作系統、支撐平臺軟件、應用軟件100%自主化國產化。上位機操作系統采用定制的國產麒麟Linux操作系統，支撐平臺軟件使用國能智深自主研發的EDPFNT+4.0版本，控制策略、人機界面（HMI）、控制系統信息安全監控軟件、智能檢測診斷報警預警軟件、智能控制優化軟件、大型實時歷史數據庫（EDPF-AIRDB)、全激勵電站仿真軟件（EDPF-SIM）等應用軟件全部為國能智深自主開發。
國能智深控制技術有限公司（北京國電智深控制技術有限公司）繼2018推出“岸石（EDPF-iSol)”國內首套智能發電控制系統（ICS）之后，于2021年3月推出國內首套全國產完全自主可控智能分散控制系統（iDCS）；2021年4月完成布連電廠#2機組iDCS集成測試和出廠驗收，并通過中國自動化學會發電自動化專委會組織的專家進行的基本性能和應用功能出廠測試；2021年5月成功應用于國電電力內蒙布連電廠660MW超超臨界+全輔機單列+空冷機組，至今已經穩定運行3個多月。
4 技術難點和創新點
國電電力布連電廠2×660MW機組集超超臨界+全輔機單列+空冷等于一體，其運行控制難度大，對DCS的性能要求和安全要求高，要求DCS既能滿足復雜大系統的控制和智能性能要求，也要滿足全輔機單列安全運行特殊要求。
國能智深新一代自主可控智能分散控制系統（iDCS）是在幾十年自主創新不斷優化升級的具有大量成功應用業績的成熟DCS和智能發電控制系統（ICS）產品技術以及軟件全國化研發應用基礎上，進一步實現硬件芯片的全國產化替代研發應用，是真正意義上的集全國產化和智能化于一體的新一代分散控制系統。
國能智深新一代iDCS具有以下主要創新特點：
（1）完全自主可控的全國產化軟硬件平臺，控制器和I/O卡件硬件芯片100%國產化，軟件100%國產化，關鍵核心知識產權100%自主可控，系統整體可用率大于99.9%。全國產完全自主可控智能分散控制系統，硬件設備實現了100%國產化，包括控制器、工控機、I/O卡件網絡設備以及高性能智能控制器等；軟件實現全部國產化，包括應用軟件、操作系統以及智能應用相關軟件等。系統經布連電廠#2機組示范應用，可靠性與可用性符合電廠DCS技術要求以及智慧電廠建設要求，解決了火力發電領域工業控制系統的“卡脖子”問題。
（2）設計了泛在感知數據網、全廠實時數據池和智能計算引擎，有效提升了控制系統對生產數據的收集、分析、計算能力，實現發電過程全流程協同優化運行和“能效大閉環”運行控制。通過智慧監盤、高度自動化程序、統計和可視化工具，實現主要底層操作由機器自動執行，運行人員日常操作量顯著降低，工作重心轉移到對設備狀態的監測、診斷和機組運行特性的分析以及對運行效果的改進提升，實現從運檢分離向運維一體化的轉變。全面應用智能控制算法，使生產運行更加穩定、靈活、可控；工況智能尋優和“能效大閉環”運行，使系統工作在最佳狀態，實現自趨優運行。采用智能技術識別危險因素并進行主動管控，規避潛在風險，提升生產運行安全性。
（3）實現自適應、自學習和自趨優的智能發電運行控制模式；高度開放的優化運行、建模計算和統計分析環境，滿足了智能應用對第三方應用開放性的要求。
（4）具有主動防御、邊界防護、集中監管功能的工控系統網絡安全功能，實現iDCS在復雜網絡條件下的內生安全防護，確保工控系統自身安全。
（5）新一代iDCS與原有DCS高度兼容，便于升級改造換代，最大限度降低工程成本。全國產自主可控控制器及模件與原控制器及模件，可以無縫更換，用戶升級改造可以做到網絡完全兼容、硬件安裝不改底座和接線，有利減少改造工作量和費用，充分保護用戶前期投資。
5 項目應用效果
全國產自主可控智能分散火電控制系統iDCS自2021年5月在布連示范項目投運以來，系統穩定可靠，實現完全自主可控和發電過程的智能控制與運行、智能監測分析、智能安全管控。機組性能試驗和運行統計情況表明，系統實現了機組安全、高效、環保、靈活、智能的運行，主要性能特點如下：
（1）控制器計算處理能力強，低功耗、低散熱，在停運風扇情況下，外殼能保持正常溫度。
（2）I/O信號精度高。
（3）網絡及DPU的通訊負荷較低。
（4）網絡切換能做到完全無擾切換。
（5）抗交直流共模干擾以及對講機手機射頻干擾能力強。
（6）網絡最大負荷≤15%；支持100ms~1s的實時歷史數據交互；支持5種以上智能算法可擴展能力；支持復雜邏輯和控制方案的宏算法封裝。
（7）智能報警系統滋擾報警抑制功能減少誤報率80%以上；減少高頻報警信號8 0%以上，減少無效報警信號90% 以上，報警信號響應時間小于1s；報警系統信息分析準確率≥90%。
（8）以階梯式廣義預測控制為核心設計協調控制方案，機組變負荷速率可達2%~3%Pe/min，機組AGC月度可利用率≥99%，AGC指令響應時間≤30s，AGC考核KP均值≥3.5。
（9）汽溫控制系統、脫硝控制系統能夠很好的根據預測參數實現控制量的超前調節，負荷大范圍波動下主蒸汽溫度波動最大動態偏差為2.8℃，再熱蒸汽溫度最大動態偏差為4.4℃，NOx濃度最大偏差小于6mg/Nm3，實現了高精度與高品質控制。
（10）機組自動投入率100%，保護投入率100%，自5月25日并網后持續穩定運行至今。國產芯片和操作系統等軟硬件工作正常，未出現因DCS原因發生機組非停、降出力等現象，系統可用率大于99.95%。
（11）提高了控制系統安全保護能力，可防范外部的滲透攻擊，防止惡意代碼執行、越權訪問等各種異常行為，滿足國家等級保護的三級要求。
全國產自主可控智能分散控制系統iDCS在660MW超超臨界全輔機單列空冷機組上的成功應用標志我國發電機組的運行控制全面實現了智能化和自主安全可控，對我國能源生產安全和電力發電機組實現安全、高效、清潔、低碳、靈活智能運行具有重大意義。
摘自《自動化博覽》2021年9月刊
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號