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(三)、谏壁百万超超临界项目积极推进国产化
国电智深在总结了泰州工程设计和调试经验、北仑工程设计经验,在庄河600MW超临界机组自主化DCS系统的基础上,着手研制1000MW超超临界机组自主化DCS系统,并成功申报了国家863计划重点项目“火电行业重大工程自动化成套控制系统”,以国电谏壁电厂1000MW超超临界机组DCS系统作为示范工程。该项目目前已启动,计划于2010年正式投运,将采用国电智深的自主化国产DCS对1000MW超超临界机组进行控制,实现1000MW超超临界机组自动控制系统国产化的目标。
为了确保谏壁1000MW超超临界机组国产DCS项目的成功,我们制定了如下技术路线措施:
1、对1000MW超超临界机组DCS的需求进行深入
分析和研究,研发出适用于1000MW超超临界机组控制的DCS系统平台。
2、在国内外调研、资料消化吸收的基础上,进行
谏壁1000MW超超临界机组控制系统的方案设计和实现工作。
3、在各个阶段把用仿真机模拟作为重要的研究手段,提高研究效果,尽早发现问题。
4、在谏壁1000MW超超临界机组DCS工程上,更加深入的掌握超超临界机组运行特性,使项目研发的超超临界机组自主化DCS系统尽快实用化、工程化。
5、实施严格高效的项目管理。从组织机构、项目管理、产品制造和系统集成、工程设计、系统组态和工厂测试、出厂检验、现场服务、研发支撑、人员培训等方面制定了周密的切实可行的实施方案和有效的质量管理措施,在工程实施过程中严格贯彻执行,确保谏壁项目成为优质工程。
二、(1)1000MW超超临界机组模拟量控制系统设计
人们对超(超)临界机组的普遍认识是机组蓄热能力小、参数间相互影响严重,因此机组在运行工况变化时,主要参数稳定性差,难于控制。但是另一方面,机组蓄热能力小,将使锅炉燃烧率变化时主汽压或机组功率的动态响应的惯性大大减小,只要控制系统的控制策略设计得当、机组主要控制量间静态匹配和动态匹配恰当,在快速的燃烧率控制作用下,主汽压和机组功率动态响应性会更好,主要参数的动、静态调节品质会明显改善,能满足连续滑压运行的要求。
超(超)临界机组直流炉由于没有汽包的工质缓冲和蓄热缓冲,燃烧率与给水量间的平衡实际上直接代表了锅炉吸热量与汽机耗汽量之间的热量平衡。在变负荷过程中,只要通过给水量和燃烧率的静态匹配和动态匹配保证好这一热量平衡关系,中间点的过热度或比焓将始终保持平稳,机炉将会处于协调平稳的受控状态。
基于以上分析,为改善控制量间耦合的影响、适应机组连续变压运行要求,控制系统设计的基本思路是:
保持动静态过程中各控制量间的基本匹配和平衡,加快变负荷过程中相应回路的响应,采用变增益和非线性环节改善控制特性。这一设计思想的本质是透彻分析机组和设备运行机理、充分利用机组和设备的特性参数进行控制系统设计,对于超(超)临界机组这样复杂的对象尤其重要。
(2)1000MW超超临界机组锅炉主保护设计
超超临界机组均采用高参数、大容量的直流炉,其安全性至关重要,锅炉的主保护也就成了安全生产的
重中之重。这里总结了国电泰州和国电北仑电厂两个1000MW超超临界项目对锅炉主保护的要求及其特点。主燃料跳闸是FSSS重要的部分。当锅炉发生某些危险情况时,将从软硬两个方面将进入炉膛的燃料全部切断。“软”的方面指通过逻辑使相关燃料设备停运。“硬”的方面指用MFT跳闸继电器的触点,并或串在设备驱动回路中,停止这些设备。
三、国电智深EDPF-NT+系统的技术发展
EDPF-NT+分散控制系统是北京国电智深控制技术有限公司专门针对600MW及以上大型发电机组的应用需求开发的新一代控制系统。
(一)、EDPF-NT+主要有以下特点:
1、图形化的工程管理器和控制组态工具
工程管理与图形组态工具融合,形成简单易用的工作环境,*地方便了系统级的组态与管理。集成工程管理环境将控制系统工程的核心工作集成在一个应用平台下展开:创建工程,建立域,创建节点、数据库、逻辑图、过程画面等。
集成工程管理环境类似于软件开发的IDE(集成开发环境),将核心工作集成在统一界面下。在这里,可以完成系统的整体规划、DPU卡件分配、IO点的分配和建立、批量导入导出、图形组态、编译下载。仿真调试。
全自由格式的、SAMA风格的、图形化的控制组态软件。达到了上各主流DCS的同等水平。
2、支持多域的网络通讯环境
基于TCP/IP协议的DCS通讯系统,称之为“分布式计算环境”。采用全面向对象的方法设计与实现。不仅在Windows平台和Linux平台间可移植,将来还可以平滑地过渡到*6。采用多域的通讯管理方式,可以工作于任意的网络拓扑结构之上,能够满足当前以及未来各类工程应用的要求。
1)域之间三种隔离方式
a、使用三层交换机
b、使用ACL
c、使用专门的安全隔离装置
2)双网的多种工作方式
a、A、B网*隔离
b、A、B网单点相连
c、A、B网多点相连
d、拓扑结构可以采用环网或普通树形
3、高效可靠的控制器软件
DPU采用实时Linux内核。DPU软件全部采用C/C++编程,在Windows平台和Linux平台间可移植。在新的架构下,DPU系统软件和算法模块是分离的,可以各自独立升级,可以在线添加新算法。简化了系统升级手续,增加了DCS系统配置的灵活性,也为进一步开发控制装置奠定了基础。
4、高效历史和报表程序
历史站采用二进制压缩和例外报告存储方式,性能优越、工作稳定、数据检索速度快。通过“卷”管理功能,借助外部存储介质,可以*保存历史数据并提供快速查询。
报表站可生成定期、单次和条件触发的报表,采用Excel制作报表模板,易学易用。报表程序从历史站请求数据,得到瞬时值或平均值、大值、小值等统计数据。使用报表管理器管理报表,后台程序自动生成和打印报表。
5、人机界面软件中包含一系列新功能
更加稳定可靠的过程画面显示。
画面增加闪烁功能。
全新的光字牌程序。
(二)结合*863重点项目,国电智深公司正在对NT进行进一步的提高和完善。主要包括:
1、一体化平台
一体化平台是指实现控制、仿真、运行优化等功能的统一的软硬件运行环境。
目前国内火力发电厂综合自动化系统采用的体系结构都是不同厂家的系统通过通讯接口连为一个整体,由于各功能系统软硬件环境差异大,数据库生成、画面组态等工作需要重复进行,工作量较大。
在一体化平台的体系结构中引入域的概念,构成按功能既分工又协作的系统。DCS、SIS和SIM各功能系统采用统一的软硬件运行环境,系统结构简化,安全可靠性提高。采用统一的通讯协议避免了通讯接口问题;采用统一的数据信息描述方法保证了数据信息流的*;采用统一的核心工程师组态软件和工程管理工具,数据库和画面只需生成一次,显示画面**,大大降低工程实施和系统维护的工作量。
2、一体化平台的技术基础(DCE、DROP、APP三层结构)
1)分层的网络结构
系统采用分层的网络结构,共分为三层,分别为现场I/O层、EIO层、管控网MCN层。MCN层逻辑上划分为多个“域”。域之间可以通过全双工交换机直接互联,也可利用VLAN技术或自主研发的的安全隔离装置进行安全隔离。
2)统一的设备描述信息
使用统一的方法描述DCS、SIS、SIM三个系统所需信息,公用信息只需描述一次。同一设备的信息在各系统都能够使用。
3)*的软件核心
软件的核心是Drop模块。Drop是抽象的概念,代表一个MCN节点的核心功能,它负责维护来自本节点和远程的各种数据。
4)*的软件平台
基于TCP/IP协议的DCE采用全面向对象的方法进行设计与实现,考虑通讯系统的可移植性,满足当前以及未来各类工程应用的要求。各系统软件平台通讯核心都基于这个模块。
3、管控网MCN
该网络是运用多域技术进行管理的工业实时以太网。DPU、操作员站、历史站、工程师站等接入MCN构成控制域,SIS和SIM等增值网也是MCN的域,通过可选的安全隔离装置进行安全隔离,DCS和SIS、SIM之间通过MCN进行直接的数据信息交换,不存在系统间通讯协议转换问题。
4、底层控制网EIO
EIO是国电智深开发的工业实时以太网网络和协议,该协议兼容HSE、EPA等工业以太网协议。纯数字的现场总线信息和传统I/O信号通过各自的协议转换模件转换为EIO信息。EIO网络上可以接入一个或多个控制器,组成一个分布式控制单元(DPU)。当接入远程I/O时,协议转换模件可放到就地I/O柜中。
5、控制组态和人机界面同时支持WINDOWS和LINUX平台。
既可以选择方便熟悉的windows环境,也可以选择安全高效的linux环境。
6、实时操作系统
DPU操作系统采用改进的实时Linux,为了更好地满足百万千瓦超超临界机组对控制器容量和性能的进一步要求,将在以下几个方面做进一步的研究和改进:
(1)时钟粒度进一步细化
(2)调度策略进一步优化
(3)研究强制二元信号量的互斥锁机制、中断处理线程化、可抢占内核等其他技术,提高任务执行效率。
高度强调控制器软件的可移植性,在自主研究实时Linux系统的同时,兼容成熟的国内外实时操作系统。
7、现场总线接口
(1)DCS和现场总线的无缝集成技术研究
(2)多种现场总线协议转换模件研发
(3)基于现场总线智能和非智能设备综合管理软件的研究
8、控制组态通过基于XML的标准控制语言,实现组态、编译过程的分离
通过组态与编译功能的分离,控制组态既可以在集成组态环境中人机交互式地进行,也可以按照脚本,自动在后台批量自动完成。方便地实现工程间以及工程内的批量拷贝与修改。
9、兼容标准
通过基于XML的标准控制语言和专门定制的编译器,可以方便地兼容IEC1131的五种组态方式。
10、开发容错控制技术
通过系统检测和故障诊断等措施,预先发现设备隐患,采取系统冗余和容错控制技术等主动性保护措施,自动限制故障范围、改变控制策略与控制系统结构,使系统仍能继续工作,为提高大型火电机组的控制和保护水平提供有力的。
四、结语
近年来,北京国电智深控制技术有限公司围绕超(超)临界机组的控制、保护策略和超大型分散控制系统的自主化研发开展了比较全面而深入的研究,取得了一系列的成果。同时,我们也清醒地看到,在这一领域还存在着不少值得我们进一步研究和探索的问题。
1、对超(超)临界机组的热力学特性、运行方式的深入研究:
由于超(超)临界机组采用的直流锅炉工质在汽水流程上一次性通过的特性,被控对象的各变量间耦合关系复杂,构成三输入三输出系统。由于蓄热量显著减小,蓄热能力仅为汽包炉的1/4-1/3,且机组蓄热能力与汽压呈反比关系,即汽压越高、蓄热能力越小,控制策略应克服蓄热能力小带来的不利影响而发挥其有利因素。同时,由于机组主要采用滑压运行方式,控制策略应如何适应大范围滑压运行的要求,什么样的协调控制系统方式(炉跟机协调还是机跟炉协调)更适合。
在实际运行中,往往还存在燃用煤种变化、大负荷变化过程中的磨煤机启停、磨煤机检修备用带来的倒磨等问题。控制系统如何进行补偿和修正。
2、加强超(超)临界机组控制特性的试验研究
由于国内超(超)临界机组机组投运的时间均较短,对机组的控制特性还缺乏更多的实际运行和动态特性数据,这已经成为制约控制系统设计和优化的一个重要因素。有必要尽快针对典型超(超)临界机组开展这方面的试验和分析研究。
3、进一步实现超(超)临界机组控制系统标准化设计
随着*批超(超)机组的投运,国电智深公司已经熟悉和掌握了国内引进的不同类型超(超)临界机组和不同机炉匹配下的控制系统的基本控制策略,我们也看到,很多国外主机制造厂商提供的控制策略也各有其特点,但大部分都不是采用DCS实现的方案。如何针对国内实际情况和目前DCS的技术水平,有针对性开展标准化设计,以更好地满足电厂运行监控的需要,保障在机组基建调试工期较为紧张的情况下控制策略设计的完整性,更好地实现包括APS、FCB在内的更高一级的自动和保护功能。
施耐德*康MODICON昆腾Quantum140PLC常规件
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