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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)務領域之一，持續(xù)不斷地關注電力行業(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品，更根據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)提供的主要產品有哪幾類？

胡樹云：面向新一代的數字化、信息化電廠建設，和利時推出了分布式控制系統(tǒng)HOLLiASMACS、汽輪機數字電液調節(jié)系統(tǒng)（T800S/T800F）、仿真系統(tǒng)HOLLiAS SimuPlant、設備管理系統(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)、電氣儀表等產品實現電站鍋爐、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，結合多年的系統(tǒng)開發(fā)應用經驗，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水平的DCS產品。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)已經在電站控制工程領域得到了廣泛的應用，近年來已經在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,并實現了國產DCS在600MW、1000MW機組上的首臺套應用。

和利時秉承“真誠地為用戶設想”的理念，建立以用戶為中心的服務網絡，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)技術中心和四條自動化產品生產線，在杭州基地建成年產能超過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多個分支機構使和利時能更好地貼近用戶，了解用戶需求，做出快速響應，為用戶提供專業(yè)的項目咨詢、優(yōu)質的工程服務和貼心的售后服務。

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

胡樹云：如今自動化技術在電力行業(yè)得到廣泛的應用，DCS、PLC、SIS、OTS、AMS等系統(tǒng)廣范應用于電力的生產監(jiān)控、設備管理和運營管理，現場總線技術、無線控制技術、圖像識別技術也有一定的應用。綜合來看電力生產的自動化水平較高，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)化控制技術應用效果不高。電力生產過程中自動化水平比較高，但是精細化控制和深度優(yōu)化控制的技術應用效果不高，企業(yè)節(jié)能降耗還有一定的空間。

（2）測量和數據采集的手段還不夠。在燃煤電站的控制中，對煤質、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。管理到生產裝備的大閉環(huán)控制沒有實現，管理和生產的銜接還主要依賴于人。

（4）新技術應用較少。如大數據、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、機器人等技術結合電力生產和管理的應用還比較少，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)堪稱國家關鍵生產設施和基礎設施運行的“神經中樞”，工業(yè)控制系統(tǒng)的安全關系到國家的戰(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從原來的商業(yè)互聯網絡逐步擴展到工業(yè)控制系統(tǒng)，主要集中在能源、化工、政府機構以及核設施等領域，甚至針對智能工控系統(tǒng)的攻擊也已經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(tǒng)由于基礎薄弱等原因，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)設計上建立完善的DCS、現場總線、PLC系統(tǒng)安全設計規(guī)范等。大型工業(yè)企業(yè)也應盡快對工控系統(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？

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，電力調峰任務加劇，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、高效管理需求驅動下，發(fā)電企業(yè)開始了對智能化電廠建設的探索，大數據、物聯網、移動互聯、云計算、三維可視化等技術的發(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、可靠的智能化電廠發(fā)展奠定了技術基礎，建設智能電廠已經成為行業(yè)的共識。我認為未來十年圍繞智能工廠建設的產品、方案和服務將會是自動化公司業(yè)務發(fā)展的重點。

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

為實現智能電廠的建設，和利時推出基于全互聯工業(yè)服務架構的智能電廠的解決方案，方案以大數據、云計算、物聯網技術應用為基礎，將智能設備、機組的智能控制、遠程云服務、大數據分析等代表智能化的新技術與傳統(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國產控制系統(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是熱控領域公認的控制系統(tǒng)技術制高點，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。如果不實現國產化和自主化，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的安全。

經過深入調研分析，在考察國產600MW等級火電機組DEH控制系統(tǒng)應用效果，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上，和利時聯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)和工程項目應用。

2　項目目標與原則

本項目通過總結國內外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，并在此基礎上實現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)的關鍵技術問題展開，在對國外DEH控制系統(tǒng)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(tǒng)的關鍵技術，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技術的突破，研發(fā)了1000MW燃煤機組DEH控制系統(tǒng)的應用技術、DCS與DEH一體化集成控制的技術及工程實施方案，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，實現國產控制系統(tǒng)在1000MW超超臨界火電機組DCS和DEH的一體化控制。

3.1　技術難點分析

由于1000MW等級超超臨界汽輪機蒸汽參數高，轉子時間常數比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，汽輪機轉速會立刻升高或降低，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(tǒng)的轉速反饋響應速度更快。

通過對600MW機組及1000MW機組進行建模，轉速PID調節(jié)系統(tǒng)模型如圖1所示。

圖1 轉速PID調節(jié)系統(tǒng)簡化框圖

由于DEH為離散控制系統(tǒng)，從轉速測量、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。通過轉速PID調節(jié)系統(tǒng)仿真計算。

以1000MW機組參數為例：放大倍數Kp=20，積分時間TI=10s，油動機時間常數T4=0.3s，轉速測量時間常數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Tc=0.1s，轉子時間常數Ta=6s。轉速給定在1s時階躍變化1%，機組轉速響應曲線如圖2所示。最大轉速、調節(jié)時間如表1所示。

圖2 1000MW機組轉速PID調節(jié)系統(tǒng)給定轉速1%階躍曲線

表1 1000MW汽輪機組轉速給定階躍響應曲線數據表

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，調節(jié)時間越長，汽機的最大飛升轉速越大，所以要求控制周期和調節(jié)回路時間越短越好。

3.2　關鍵技術研究

（1）快速測速卡和快速伺服卡的研究

通過對數字測頻技術的研究，實現轉速測速周期由20ms縮短為5ms，減小轉速測量延遲，提高轉速控制動態(tài)響應性能。

通過對數字伺服控制技術的研究，實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邏輯的研究

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

（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研發(fā)實現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主備控制器全數據冗余同步機制，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，提高了一次調頻性能。研發(fā)成功具有自主知識產權的DCS與DEH同網絡、同數據庫的一體化控制系統(tǒng),首次在1000MW超超臨界機組上實現了成功應用。

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，汽輪機一次沖轉成功，2月12日#3機組一次并網成功。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)成功應用。

根據華北電力科學研究院對#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，滿足生產運行要求，實現了國產DCS和DEH一體化控制系統(tǒng)在1000MW超超臨界機組上的成功應用。

4 　效益分析

經濟效益：與國內同容量采用進口DCS產品的火力發(fā)電廠機組相比，國產DCS一次性投入成本明顯降低。進入生產期，國產DCS售后服務、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。據比較在年保服務和備件采購方面能節(jié)約成本約50%。

社會效益：國產DEH投入市場后，大幅壓低進口DEH的中標價格，據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，我國將在五年內新建約120臺百萬級火電機組，按此計算，國內百萬機組將節(jié)約投資約1.8億元人民幣。

摘自《自動化博覽》2017年9月刊