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(yùn)行控制系統(tǒng)領(lǐng)域，國能智深通過三十多年的科研攻關(guān)，一舉實現(xiàn)了由跟跑到并跑，最終到創(chuàng)新領(lǐng)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(jī)組正在緊張的施工當(dāng)中。這個由國家能源集團(tuán)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(shè)，都具有重要的戰(zhàn)略意義。

毫無疑問，這是一座高標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)電廠，電廠的設(shè)計與建設(shè)采用了當(dāng)下火電領(lǐng)域最為先進(jìn)的技術(shù)。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(jī)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(shè)計，主要得益于電廠的自動化和智能化程度，被稱為火電機(jī)組“大腦”和“神經(jīng)中樞”的運(yùn)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(guān)鍵。而岳陽國華電廠的運(yùn)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(shù)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(shù)有限公司（下稱“智深公司”）提供。

在上個世紀(jì)，中國電力行業(yè)所使用的運(yùn)行控制系統(tǒng)主要由國外廠商提供。上世紀(jì)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(yīng)用，經(jīng)過數(shù)十年的持續(xù)科研攻關(guān)和自主創(chuàng)新，從技術(shù)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)?；瘧?yīng)用，最終實現(xiàn)了電站分散控制系統(tǒng)的創(chuàng)新領(lǐng)跑。

從跟跑到并跑

運(yùn)行控制系統(tǒng)是確?；痣姍C(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵裝備之一，是火電機(jī)組的“大腦”，與機(jī)、爐、電共同稱之為火電機(jī)組的四大關(guān)鍵技術(shù)裝備。而這樣關(guān)鍵的設(shè)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(jī)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(guān)研發(fā)具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)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(jī)監(jiān)控系統(tǒng)EDPF-1000正式研發(fā)成功，并獲得國家科技進(jìn)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(guān)鍵技術(shù)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(jìn)口品牌產(chǎn)品在300MW火電機(jī)組應(yīng)用的壟斷；2005年成功應(yīng)用于龍山和莊河600MW等級亞臨界和超臨界火電機(jī)組?！?005年是一個重要的時間節(jié)點，它開啟了國產(chǎn)品牌DCS與進(jìn)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(shù)積累的基礎(chǔ)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(shù)的發(fā)布標(biāo)志著國產(chǎn)品牌進(jìn)入了全球最新一代DCS技術(shù)陣營。

智深公司相關(guān)專家介紹稱，該系統(tǒng)采用完全分布式對等網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，不設(shè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，無網(wǎng)絡(luò)傳輸瓶頸和風(fēng)險集中點；采用柔性分域技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)靈活擴(kuò)延；基于組播和發(fā)布訂閱相結(jié)合的技術(shù)有效降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，其性能部分超越了進(jìn)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(chǔ)。

事實上，在DCS國產(chǎn)化和自主化的進(jìn)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(xué)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(shù)積淀和人才儲備，毫無疑問成為我國自主化電力自動化領(lǐng)域的領(lǐng)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(jī)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(jī)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(jī)組國產(chǎn)自主化DCS應(yīng)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(quán)DCS應(yīng)用業(yè)績超過2700臺套，涉及電力裝機(jī)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(jī)組應(yīng)用超過80臺套，成為在該領(lǐng)域最具實力的能夠與進(jìn)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(shù)的自主研發(fā)、設(shè)計、制造與工程應(yīng)用，通過幾代人的持續(xù)努力，實現(xiàn)產(chǎn)品技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新和升級迭代，完成了操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)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(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，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(quán)，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(hù)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(luò)安全縱深防御系統(tǒng)通過公安部等保三級認(rèn)證，其中主機(jī)安全防護(hù)達(dá)到等保四級。該系統(tǒng)通過網(wǎng)管技術(shù)、主機(jī)安全、審計分析、隔離防護(hù)、設(shè)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(jī)到網(wǎng)絡(luò)的縱深管控。

引領(lǐng)電站智能化時代

技術(shù)的進(jìn)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(shù)的快速發(fā)展，火電機(jī)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(yùn)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(zhì)性的突破。

智能發(fā)電運(yùn)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(chǔ)，構(gòu)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(yīng)用開發(fā)環(huán)境，集成智能感知與人機(jī)交互、智能控制與優(yōu)化、智能預(yù)警與診斷等技術(shù)，形成一種具備自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、自趨優(yōu)、自恢復(fù)、自組織的智能發(fā)電運(yùn)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(yùn)行目標(biāo)。

事實上，研發(fā)自主可控的智能發(fā)電運(yùn)行控制系統(tǒng)，不僅可以使得火電機(jī)組具有更優(yōu)秀的環(huán)境適應(yīng)能力，提高機(jī)組運(yùn)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(yùn)行控制系統(tǒng)研發(fā)及其應(yīng)用”項目榮獲中國電力科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎。這標(biāo)志著繼我國發(fā)電領(lǐng)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(shù)突破。

該系統(tǒng)被命名為岸石（iSol)智能控制系統(tǒng)，項目技術(shù)鑒定會鑒定委員會認(rèn)為，該系統(tǒng)設(shè)計思想先進(jìn)、功能齊全、智能化程度高，整體技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

據(jù)相關(guān)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(xué)及各科研院所和生產(chǎn)單位進(jìn)行科研攻關(guān)，發(fā)揮產(chǎn)學(xué)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(quán)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(jī)器人技術(shù)，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(yùn)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(jī)組投入運(yùn)行。測試和示范工程應(yīng)用結(jié)果表明，系統(tǒng)功能完備，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，控制指標(biāo)優(yōu)良，智能化效果顯著，不僅降低了運(yùn)行人員操作強(qiáng)度，還提高了機(jī)組的運(yùn)行效率，綜合節(jié)能達(dá)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(dá)1909萬元，實現(xiàn)了發(fā)電過程“能效大閉環(huán)”運(yùn)行控制。

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

岸石系統(tǒng)進(jìn)一步推動了國產(chǎn)控制技術(shù)和系統(tǒng)的發(fā)展，擴(kuò)展了傳統(tǒng)DCS系統(tǒng)的功能應(yīng)用范圍，并采用了基于主動防御、邊界防護(hù)、集中監(jiān)管的工控系統(tǒng)安全解決方案，實現(xiàn)了關(guān)鍵技術(shù)的突破和裝備制造在智能化領(lǐng)域的國產(chǎn)化和自主化?！爸悄芸刂葡到y(tǒng)的推出標(biāo)志著自主可控的工控產(chǎn)品從并跑轉(zhuǎn)為領(lǐng)跑。”

拓展應(yīng)用新領(lǐng)域

在立足核心技術(shù)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(wù)領(lǐng)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(wù)領(lǐng)域，目前智深公司已經(jīng)形成了分散控制系統(tǒng)（DCS）、汽輪機(jī)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(jìn)控制與優(yōu)化技術(shù)（APC）、工控信息安全技術(shù)等技術(shù)與產(chǎn)品體系。

毫無疑問，核電對安全的要求會更加嚴(yán)格。由國能智深公司提供的DCS系統(tǒng)首次應(yīng)用于華龍一號融合技術(shù)首堆-中核國電漳州核電#1、2號2x1000MW機(jī)組，實現(xiàn)了智深公司DCS在核電領(lǐng)域應(yīng)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(yīng)用于核電百萬機(jī)組的DCS廠商。

據(jù)悉，中核國電漳州核電是由中核集團(tuán)和國家能源集團(tuán)共同投資建設(shè)的核電站，#1、2號機(jī)組將采用華龍一號融合技術(shù)，兩個機(jī)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(shù)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(biāo)志著國能智深首次為大型商用核電項目提供關(guān)鍵控制設(shè)備，也是國產(chǎn)第三代核反應(yīng)堆華龍一號融合技術(shù)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(yīng)用于核電新建機(jī)組，也可以應(yīng)用于核電在役機(jī)組的儀控系統(tǒng)國產(chǎn)化改造替代，為實現(xiàn)我國核電機(jī)組儀控系統(tǒng)的全面國產(chǎn)化、提高我國核電機(jī)組儀控領(lǐng)域自主安全可控水平做出貢獻(xiàn)。

“十四五”期間，智深公司還有更大的發(fā)展目標(biāo)。隨著技術(shù)的不斷積累、升級迭代和逐步優(yōu)化，公司產(chǎn)品可進(jìn)一步引申為長期致力于工業(yè)自動化技術(shù)和產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計與工程應(yīng)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(lǐng)域提供全生命周期自動化、信息化和智能化整體解決方案。