國能智深：打造自主安全可控的“工業(yè)大腦”

文 | 本刊記者 王高峰

在長期由國外廠商占據(jù)主要市場的電力運行控制系統(tǒng)領域，國能智深通過三十多年的科研攻關，一舉實現(xiàn)了由跟跑到并跑，最終到創(chuàng)新領跑的巨大跨越。

在位于湖南省岳陽市華容縣的洞庭湖畔，兩臺100萬千瓦的超超臨界燃煤發(fā)電機組正在緊張的施工當中。這個由國家能源集團國華電力投資的發(fā)電廠，是華容縣有史以來單體投資最大的項目。項目建成后，對于滿足湖南省乃至中部地區(qū)電力能源需求，推動岳陽長江中游能源基地建設，都具有重要的戰(zhàn)略意義。

毫無疑問，這是一座高標準的發(fā)電廠，電廠的設計與建設采用了當下火電領域最為先進的技術。而在人員配置方面，該項目建成后，員工總數(shù)將只有100人左右，將是我國同等裝機規(guī)模下人數(shù)最少的電廠。

事實上，之所以能實現(xiàn)“百人百萬”的人數(shù)設計，主要得益于電廠的自動化和智能化程度，被稱為火電機組“大腦”和“神經(jīng)中樞”的運行控制系統(tǒng)，是火電廠實現(xiàn)高度自動化和少人值守的關鍵。而岳陽國華電廠的運行控制系統(tǒng)，將由國內(nèi)最早開展電站分散控制系統(tǒng)（英文簡稱：DCS）和控制技術研發(fā)、最先實現(xiàn)DCS國產(chǎn)自主化打破國外壟斷的國能智深控制技術有限公司（下稱“智深公司”）提供。

在上個世紀，中國電力行業(yè)所使用的運行控制系統(tǒng)主要由國外廠商提供。上世紀80、90年代，國家電力部曾在行業(yè)內(nèi)推廣控制系統(tǒng)八大國外品牌，它們均來自于美國、歐洲和日本企業(yè)，沒有一個國產(chǎn)品牌。智深公司長期致力于大型自動化工業(yè)控制系統(tǒng)的自主創(chuàng)新研發(fā)和工程應用，經(jīng)過數(shù)十年的持續(xù)科研攻關和自主創(chuàng)新，從技術的跟跑到并跑，最早打破國外品牌壟斷實現(xiàn)國產(chǎn)自主化DCS規(guī)模化應用，最終實現(xiàn)了電站分散控制系統(tǒng)的創(chuàng)新領跑。

從跟跑到并跑

運行控制系統(tǒng)是確保火電機組穩(wěn)定運行的關鍵裝備之一，是火電機組的“大腦”，與機、爐、電共同稱之為火電機組的四大關鍵技術裝備。而這樣關鍵的設備，在中國的火電市場上，過去長期以來一直由國外品牌一統(tǒng)天下，例如西屋/艾默生的WDPF/Ovation、FOXBORO的I/A’s、Bailey/ABB的Infi90/Symphony和mesto的MAXDNA等，在中國存量火電機組中，至今仍占有大量市場份額。

在自主品牌沒能形成氣候之前，國外產(chǎn)品的價格往往會居高不下。在這種背景下，1984年水電部電科院成立了電廠自動化研究所，正式開始攻關研發(fā)具有完全自主知識產(chǎn)權的EDPF系列分散控制系統(tǒng)。四年之后，我國第一套分散型微機監(jiān)控系統(tǒng)EDPF-1000正式研發(fā)成功，并獲得國家科技進步二等獎。

隨后，中國在自主研發(fā)DCS的路途上不斷探索。時至今日，國能智深公司黨委書記黃煥袍仍然對我國DCS關鍵技術研發(fā)的時間節(jié)點記憶猶新。他介紹稱，1998年我國自主研發(fā)的集火電廠控制五功能于一體的新一代產(chǎn)品EDPF-NT分散控制系統(tǒng)發(fā)布；2003年突破了進口品牌產(chǎn)品在300MW火電機組應用的壟斷；2005年成功應用于龍山和莊河600MW等級亞臨界和超臨界火電機組。“2005年是一個重要的時間節(jié)點，它開啟了國產(chǎn)品牌DCS與進口品牌DCS并跑的征程。”

而之后的2006年，更是一個難忘的年份。在一系列技術積累的基礎上，國能智深公司開發(fā)的EDPF-NT+分散控制系統(tǒng)在這一年正式發(fā)布，該技術的發(fā)布標志著國產(chǎn)品牌進入了全球最新一代DCS技術陣營。

智深公司相關專家介紹稱，該系統(tǒng)采用完全分布式對等網(wǎng)絡架構，不設網(wǎng)絡服務器，無網(wǎng)絡傳輸瓶頸和風險集中點；采用柔性分域技術實現(xiàn)系統(tǒng)靈活擴延；基于組播和發(fā)布訂閱相結合的技術有效降低網(wǎng)絡負荷，其性能部分超越了進口品牌，并實現(xiàn)火電廠全廠控制系統(tǒng)一體化，為智能控制系統(tǒng)的研發(fā)奠定了基礎。

事實上，在DCS國產(chǎn)化和自主化的進程中，國能智深公司一直是主要的參與者和推動者。智深公司于2002年5月由中國電力科學研究院電廠自動化研究所和國電電力國電龍源電力工程公司合并成立，由于其長期的技術積淀和人才儲備，毫無疑問成為我國自主化電力自動化領域的領跑者，并創(chuàng)造了包括“世界首臺1000MW二次再熱超超臨界國產(chǎn)自主化DCS”、“世界首臺600MW超臨界循環(huán)流化床機組國產(chǎn)自主化DCS”等多個“世界第一”和300MW、600MW、1000MW亞臨界超（超）臨界機組國產(chǎn)自主化DCS“中國首臺套”的國家科技創(chuàng)新示范工程業(yè)績，以及印尼爪哇首個海外1000MW等級超超臨界機組國產(chǎn)自主化DCS應用的業(yè)績。

智深公司提供的一份數(shù)據(jù)顯示，截至2020年底，該公司自主知識產(chǎn)權DCS應用業(yè)績超過2700臺套，涉及電力裝機容量超過2.9億千瓦，占國內(nèi)火電市場DCS份額的22%，其中在600MW、1000MW等級的大型燃煤發(fā)電機組應用超過80臺套，成為在該領域最具實力的能夠與進口產(chǎn)品同臺競爭的民族品牌。

事實上，智深公司及其前身長期以來一直致力于工業(yè)控制系統(tǒng)產(chǎn)品和技術的自主研發(fā)、設計、制造與工程應用，通過幾代人的持續(xù)努力，實現(xiàn)產(chǎn)品技術持續(xù)創(chuàng)新和升級迭代，完成了操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡通訊、數(shù)據(jù)庫、軟硬件平臺、現(xiàn)場總線、智能發(fā)電、工控信息安全等關鍵技術攻關，其核心產(chǎn)品EDPFNT+分散控制系統(tǒng)自主可控、具有完全自主知識產(chǎn)權，完全可以和國外品牌一較高下。

近年來，隨著工控系統(tǒng)信息安全事件的不斷發(fā)生，自身安全綜合防護能力提升成為工控系統(tǒng)亟待解決的問題。2017年智深公司自主研發(fā)的工控系統(tǒng)網(wǎng)絡安全縱深防御系統(tǒng)通過公安部等保三級認證，其中主機安全防護達到等保四級。該系統(tǒng)通過網(wǎng)管技術、主機安全、審計分析、隔離防護、設備管控、策略管理等手段實現(xiàn)了發(fā)電控制系統(tǒng)從內(nèi)核到邊界、從主機到網(wǎng)絡的縱深管控。

引領電站智能化時代

技術的進步永無止境。隨著規(guī)模化新能源的開發(fā)和利用，以及信息化、數(shù)字化、智能化技術的快速發(fā)展，火電機組將由原來的安全高效、清潔低碳，逐步走向靈活智能。近年來，盡管我國電站運行控制系統(tǒng)已逐步實現(xiàn)了國產(chǎn)化、自主化，但在智能化方面，依然缺乏實質性的突破。

智能發(fā)電運行控制系統(tǒng)作為智能發(fā)電的核心，它以發(fā)電過程的數(shù)字化、自動化、信息化為基礎，構建智能控制環(huán)境、智能計算環(huán)境、數(shù)據(jù)分析環(huán)境和高度開放的應用開發(fā)環(huán)境，集成智能感知與人機交互、智能控制與優(yōu)化、智能預警與診斷等技術，形成一種具備自學習、自適應、自趨優(yōu)、自恢復、自組織的智能發(fā)電運行控制管理模式，實現(xiàn)更加安全、高效、清潔、低碳、靈活和智能的運行目標。

事實上，研發(fā)自主可控的智能發(fā)電運行控制系統(tǒng)，不僅可以使得火電機組具有更優(yōu)秀的環(huán)境適應能力，提高機組運行水平，也是擺脫國外產(chǎn)品的制約和限制，滿足國家能源安全的戰(zhàn)略需求。

2020年11月11日，對于國能智深公司的全體科研人員而言記憶深刻。這一天由該公司和國電電力等單位聯(lián)合研發(fā)的“智能發(fā)電運行控制系統(tǒng)研發(fā)及其應用”項目榮獲中國電力科學技術進步一等獎。這標志著繼我國發(fā)電領域工業(yè)控制系統(tǒng)在實現(xiàn)了國產(chǎn)化、自主化后，又取得了智能化的重大技術突破。

該系統(tǒng)被命名為岸石（iSol)智能控制系統(tǒng)，項目技術鑒定會鑒定委員會認為，該系統(tǒng)設計思想先進、功能齊全、智能化程度高，整體技術達到國際領先水平。

據(jù)相關專家介紹，岸石是國內(nèi)首套智能控制系統(tǒng)，早在2017年，國能智深公司便聯(lián)合華北電力大學及各科研院所和生產(chǎn)單位進行科研攻關，發(fā)揮產(chǎn)學研用制度優(yōu)勢，僅用了一年的時間便完成了國內(nèi)首套自主知識產(chǎn)權的智能系統(tǒng)的研發(fā)。專家稱，該系統(tǒng)在計算能力方面、狀態(tài)感知方面、控制性能都大幅度提升，整合5G和機器人技術，為工業(yè)生產(chǎn)提供更靈活、高效、綠色、智能的一體化解決方案。

岸石智能發(fā)電運行控制系統(tǒng)于2018年4月在國電內(nèi)蒙古東勝熱電有限公司#1機組投入運行。測試和示范工程應用結果表明，系統(tǒng)功能完備，運行穩(wěn)定可靠，控制指標優(yōu)良，智能化效果顯著，不僅降低了運行人員操作強度，還提高了機組的運行效率，綜合節(jié)能達2.25g/kWh。數(shù)據(jù)顯示，僅節(jié)能一項，三年時間為電廠節(jié)約成本達1909萬元，實現(xiàn)了發(fā)電過程“能效大閉環(huán)”運行控制。

由于具有良好的示范效應，智能發(fā)電運行控制系統(tǒng)迅速在我國燃煤火電機組上得到推廣應用。據(jù)智深公司介紹，截至2020年5月，智能發(fā)電運行控制系統(tǒng)整體技術已在8臺大型單元機組上應用。另有16臺大型單元機組確定了智能發(fā)電運行控制系統(tǒng)合同意向，應用前景廣闊。

岸石系統(tǒng)進一步推動了國產(chǎn)控制技術和系統(tǒng)的發(fā)展，擴展了傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)的功能應用范圍，并采用了基于主動防御、邊界防護、集中監(jiān)管的工控系統(tǒng)安全解決方案，實現(xiàn)了關鍵技術的突破和裝備制造在智能化領域的國產(chǎn)化和自主化。“智能控制系統(tǒng)的推出標志著自主可控的工控產(chǎn)品從并跑轉為領跑。”

拓展應用新領域

在立足核心技術自主創(chuàng)新，深耕傳統(tǒng)火電市場的同時，智深公司還積極開拓核電、煤炭、清潔能源、化工、交通及市政等業(yè)務領域，為工業(yè)生產(chǎn)提供全生命周期的自動化、信息化和智能化整體解決方案。

為拓展更多的服務領域，目前智深公司已經(jīng)形成了分散控制系統(tǒng)（DCS）、汽輪機數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）、分布式集中監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）、可編程控制器（PLC）、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)（FCS）、全激勵式仿真系統(tǒng)（SIM）、先進控制與優(yōu)化技術（APC）、工控信息安全技術等技術與產(chǎn)品體系。

毫無疑問，核電對安全的要求會更加嚴格。由國能智深公司提供的DCS系統(tǒng)首次應用于華龍一號融合技術首堆-中核國電漳州核電#1、2號2x1000MW機組，實現(xiàn)了智深公司DCS在核電領域應用零的突破；這也是繼廣利核公司之后，智深公司成為國內(nèi)第二家產(chǎn)品應用于核電百萬機組的DCS廠商。

據(jù)悉，中核國電漳州核電是由中核集團和國家能源集團共同投資建設的核電站，#1、2號機組將采用華龍一號融合技術，兩個機組計劃分別于2024年和2025年投產(chǎn)發(fā)電，這是中國自主研發(fā)的華龍一號融合技術核電站首次采用國產(chǎn)非安全級DCS項目。

漳州核電項目，不僅標志著國能智深首次為大型商用核電項目提供關鍵控制設備，也是國產(chǎn)第三代核反應堆華龍一號融合技術的首堆采用國產(chǎn)DCS控制系統(tǒng)的重要開端。

據(jù)介紹，國能智深成功研發(fā)的核電非安全級DCS，不僅可以應用于核電新建機組，也可以應用于核電在役機組的儀控系統(tǒng)國產(chǎn)化改造替代，為實現(xiàn)我國核電機組儀控系統(tǒng)的全面國產(chǎn)化、提高我國核電機組儀控領域自主安全可控水平做出貢獻。

“十四五”期間，智深公司還有更大的發(fā)展目標。隨著技術的不斷積累、升級迭代和逐步優(yōu)化，公司產(chǎn)品可進一步引申為長期致力于工業(yè)自動化技術和產(chǎn)品的研發(fā)、設計與工程應用，為火電、水電、核電、新能源發(fā)電、城市熱網(wǎng)、煤化工、煤礦等領域提供全生命周期自動化、信息化和智能化整體解決方案。