中國(guó)華電：突破“卡脖子”技術(shù) 自主可控TCS進(jìn)入推廣應(yīng)用階段

發(fā)布日期：2024-05-24 瀏覽次數(shù)：2807

近日深入開展，國(guó)務(wù)院國(guó)資委發(fā)布《中央企業(yè)科技創(chuàng)新成果產(chǎn)品手冊(cè)(2023年版)》，在“高端裝備”領(lǐng)域等形式，中國(guó)華電研制的自主可控重型燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)（TCS）成功入選技術的開發。記者從中國(guó)華電了解到，該套TCS已進(jìn)入推廣應(yīng)用階段飛躍。

當(dāng)前更高效，我國(guó)在運(yùn)的重型燃?xì)廨啓C(jī)超過(guò)100臺(tái)，主要依賴進(jìn)口重要部署。重型燃?xì)廨啓C(jī)的控制系統(tǒng)與燃?xì)廨啓C(jī)本體密切相關(guān)具體而言，是一項(xiàng)極其復(fù)雜、難度極高的控制技術(shù)智慧與合力，也一直由國(guó)外燃?xì)廨啓C(jī)廠家提供喜愛，“卡脖子”現(xiàn)象突出。

近年來(lái)開放要求，中國(guó)華電圍繞國(guó)家重大戰(zhàn)略需求向好態勢，對(duì)重型燃?xì)廨啓C(jī)的保護(hù)原理、控制策略服務機製、功能算法貢獻力量、控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)以及涉網(wǎng)安全運(yùn)行等方面進(jìn)行了深入研究，成功研制出了自主可控的TCS,為打破國(guó)外技術(shù)壟斷更多可能性、夯實(shí)國(guó)家能源安全基礎(chǔ)去創新、實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)貢獻(xiàn)了重要力量。

突破重型燃?xì)廨啓C(jī)控制難題

燃?xì)獍l(fā)電是使用天然氣或者其他可燃?xì)怏w來(lái)發(fā)電的過(guò)程重要性。截至2022年底又進了一步，我國(guó)燃?xì)獍l(fā)電裝機(jī)容量約為1.1355億千瓦多種場景，在25.1億千瓦的全國(guó)發(fā)電裝機(jī)總?cè)萘恐械恼急燃s為4.52%多元化服務體系。在能源綠色低碳轉(zhuǎn)型進(jìn)程中，煤電受限擴大公共數據，新能源發(fā)電不穩(wěn)定深度，燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組已成為我國(guó)保障電力生產(chǎn)供應(yīng)、進(jìn)行電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻的重要基礎(chǔ)性設(shè)施核心技術體系。

燃?xì)廨啓C(jī)是燃?xì)獍l(fā)電的核心設(shè)備開拓創新。按結(jié)構(gòu)形式和輸出功率劃分，可分為微型必然趨勢、輕型和重型三類促進善治，重型燃?xì)廨啓C(jī)功率在50兆瓦以上擴大。按照燃?xì)夤ぷ鳒囟葎澐郑煞譃镋級(jí)（約1200℃）發揮效力、F級(jí)（燃?xì)夤ぷ鳒囟燃s1400℃）新格局、G/H級(jí)（燃?xì)夤ぷ鳒囟燃s1500℃）、J級(jí)（燃?xì)夤ぷ鳒囟燃s1600℃）安全鏈，F(xiàn)級(jí)是目前在役的主流機(jī)型顯示。

TCS作為控制系統(tǒng)，決定著燃?xì)廨啓C(jī)的性能和安全真正做到。長(zhǎng)期以來(lái)科普活動，TCS的設(shè)計(jì)、組態(tài)強化意識、調(diào)試等相關(guān)核心工作一直由國(guó)外燃?xì)廨啓C(jī)廠家提供長期間，燃?xì)獍l(fā)電領(lǐng)域的“卡脖子”現(xiàn)象突出。

2020年以來(lái)的積極性，中國(guó)華電從防范重大技術(shù)裝備“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn)綠色化發展、保障國(guó)家能源安全和促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈健康發(fā)展的全局出發(fā)，在火電機(jī)組核心控制系統(tǒng)自主創(chuàng)新取得突破的基礎(chǔ)上不久前，組織開(kāi)展了TCS攻關(guān)效果，成功研制出自主可控的TCS，多項(xiàng)技術(shù)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白合規意識。

近日密度增加，記者見(jiàn)到了中國(guó)華電TCS的研發(fā)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)主要成員，他們向記者講述了創(chuàng)新歷程創新內容。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)有關(guān)負(fù)責(zé)人向《國(guó)資報(bào)告》記者坦言機遇與挑戰，當(dāng)時(shí)面對(duì)TCS攻關(guān)任務(wù)，他們既興奮又緊張善於監督，興奮的是這項(xiàng)任務(wù)意義重大集成技術，團(tuán)隊(duì)充滿了“科技報(bào)國(guó)”的使命感，緊張的是難度高更合理、任務(wù)重適應能力，面臨著未知挑戰(zhàn)和巨大壓力。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)資深專家告訴記者各方面，制約重型燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)自主化發(fā)展的主要關(guān)鍵點(diǎn)有兩個(gè)防控，一是平臺(tái)，二是控制策略適應性。

平臺(tái)方面堅實基礎，傳統(tǒng)分散控制系統(tǒng)難以滿足重型燃?xì)廨啓C(jī)對(duì)實(shí)時(shí)性、控制精度和可靠性的要求重要作用，在復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景下的中央處理器分散處理單元（DPU）運(yùn)算速度等地、伺服控制精度存在明顯不足最為顯著。

面對(duì)上述問(wèn)題，研發(fā)團(tuán)隊(duì)根據(jù)重型燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行特性和控制需求規定，開(kāi)展針對(duì)性的增強(qiáng)設(shè)計(jì)穩定，將控制器核心版升級(jí)到飛騰FT-2000/4 CPU，并同步深度定制TCS專用（輸入輸出）I/O卡件供給，開(kāi)發(fā)專用功能算法優勢與挑戰，全面提升了控制系統(tǒng)的算力、實(shí)時(shí)性和功能性解決方案。

控制策略方面趨勢，重型燃?xì)廨啓C(jī)是典型的復(fù)雜多變量強(qiáng)耦合動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，有高溫上高質量、高氣流速度一站式服務、高燃燒強(qiáng)度和高過(guò)量空氣系數(shù)的特點(diǎn)，這“四高”也決定了重型燃?xì)廨啓C(jī)控制策略設(shè)計(jì)和控制參數(shù)整定的高難度著力增加。

面對(duì)上述挑戰(zhàn)智能化，研發(fā)團(tuán)隊(duì)充分吸收國(guó)內(nèi)外科研學(xué)者的研究成果，從重型燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組特性和控制機(jī)理出發(fā)處理，并結(jié)合機(jī)組實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)建設，建立了面向重型燃?xì)廨啓C(jī)控制策略設(shè)計(jì)及驗(yàn)證的非線性動(dòng)態(tài)模型，并通過(guò)深度挖掘機(jī)組多維度運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)助力各行，開(kāi)發(fā)了重型燃?xì)廨啓C(jī)控制和保護(hù)核心算法與軟件模塊前來體驗，從而完整構(gòu)建了自主可控的重型燃?xì)廨啓C(jī)全過(guò)程運(yùn)行控制和保護(hù)技術(shù)。

在完成控制系統(tǒng)平臺(tái)樣機(jī)的試制和控制策略組態(tài)編程后確定性，研發(fā)團(tuán)隊(duì)部署了仿真測(cè)試平臺(tái)更加廣闊，進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

“仿真測(cè)試是一個(gè)不斷深入了解燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行特性講故事、驗(yàn)證控制策略的過(guò)程非常完善。充分的仿真測(cè)試可以盡量把控制系統(tǒng)存在的問(wèn)題在現(xiàn)場(chǎng)整套試運(yùn)前發(fā)現(xiàn)并加以解決，可大大減輕真機(jī)試運(yùn)行的壓力全面革新，節(jié)約試運(yùn)行時(shí)間和成本作用。”研發(fā)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)師說(shuō)。

應(yīng)用初見(jiàn)成效

在研發(fā)團(tuán)隊(duì)夜以繼日地攻關(guān)之下線上線下，中國(guó)華電TCS的自主創(chuàng)新和應(yīng)用取得了實(shí)質(zhì)性突破發揮重要作用。

2021年5月25日醒悟，國(guó)內(nèi)首套自主可控TCS在華電龍游電廠E級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)成功投運(yùn)數據顯示。這標(biāo)志著中國(guó)華電在國(guó)內(nèi)率先完整掌握了重型燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的自主設(shè)計(jì)、生產(chǎn)也逐步提升、調(diào)試記得牢、改造等全過(guò)程關(guān)鍵技術(shù)註入了新的力量，推動(dòng)了我國(guó)重型燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化發(fā)展。經(jīng)中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)專家鑒定更多可能性，該套TCS燃燒運(yùn)行狀態(tài)診斷及調(diào)整等技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平去創新。

2021年5月25日，國(guó)內(nèi)首套自主可控TCS在華電龍游電廠9E級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)成功投運(yùn)

在上述突破基礎(chǔ)上緊迫性，中國(guó)華電再接再厲結構，不斷取得新突破。

2022年3月11日高效，中國(guó)華電在江蘇戚墅堰電廠成功投運(yùn)國(guó)內(nèi)首套F級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)TCS溝通協調，實(shí)現(xiàn)了從E級(jí)到F級(jí)的新跨越。系統(tǒng)投運(yùn)以來(lái)全方位，運(yùn)行情況優(yōu)良高效節能，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間、啟動(dòng)成本大局、負(fù)荷穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)誤差等多項(xiàng)重要指標(biāo)優(yōu)于原系統(tǒng)新創新即將到來。

2023年3月8日，被譽(yù)為“中國(guó)爭(zhēng)氣機(jī)”的國(guó)內(nèi)首臺(tái)全國(guó)產(chǎn)化50兆瓦F級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)（G50）在華電清遠(yuǎn)電廠正式投入商業(yè)運(yùn)行有序推進。G50相較于進(jìn)口機(jī)型設施，整體設(shè)計(jì)更為完善，控制功能更加全面堅定不移，對(duì)控制系統(tǒng)的要求也相應(yīng)更高規模設備。中國(guó)華電TCS為G50進(jìn)行全工況性能匹配、燃燒調(diào)整及優(yōu)化指導、熱部件壽命評(píng)估等關(guān)鍵技術(shù)的工程驗(yàn)證提供全方位支持競爭力，助推國(guó)產(chǎn)重大裝備實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化應(yīng)用。

自主可控TCS在國(guó)內(nèi)首套全國(guó)產(chǎn)G50燃機(jī)成功配套應(yīng)用

2023年12月15日進一步完善，適用于又一進(jìn)口型號(hào)重型燃?xì)廨啓C(jī)的TCS在華電戚墅堰電廠投運(yùn)集聚，中國(guó)華電再次取得該領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)重大突破。

“上述項(xiàng)目的成功投運(yùn)調整推進，表明中國(guó)華電已具備控制國(guó)內(nèi)外不同品牌狀況、各類型重型燃?xì)廨啓C(jī)的能力。”研發(fā)單位有關(guān)負(fù)責(zé)人說(shuō)機製。

TCS的自主創(chuàng)新和應(yīng)用具有多方面的意義全過程。記者從研發(fā)單位了解到，首先是實(shí)現(xiàn)了控制系統(tǒng)軟硬件平臺(tái)國(guó)產(chǎn)化探討。中國(guó)華電自主可控TCS基于國(guó)產(chǎn)先進(jìn)元器件和操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)不負眾望，在軟硬件層面擺脫了進(jìn)口依賴，避免了斷供風(fēng)險(xiǎn)。

其次是掌握了重型燃?xì)廨啓C(jī)控制關(guān)鍵技術(shù)精準調控。中國(guó)華電對(duì)重型燃?xì)廨啓C(jī)的熱力學(xué)理論功能、控制策略、保護(hù)原理等內(nèi)容進(jìn)行了深入研究解決，成功突破了重型燃?xì)廨啓C(jī)本體控制原理研究與邏輯設(shè)計(jì)預期、燃燒壓力脈動(dòng)監(jiān)測(cè)與燃燒調(diào)整等關(guān)鍵技術(shù)，具備了對(duì)各類型重型燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行安全幅度、穩(wěn)定共同、精準(zhǔn)控制的能力。

第三是具備了自主調(diào)試和運(yùn)維能力經過。由于原裝TCS核心模塊層層加密強大的功能，修改權(quán)限處處設(shè)限，系統(tǒng)調(diào)試和運(yùn)維工作只能求助原TCS廠家解決方案，存在運(yùn)維成本高優勢、服務(wù)保障不夠充分等問(wèn)題。中國(guó)華電自主可控TCS對(duì)重型燃?xì)廨啓C(jī)所有控制邏輯增產、控制回路均可開(kāi)放權(quán)限便利性，為后續(xù)開(kāi)展自主維護(hù)提供了廣闊空間。

再立新功

創(chuàng)新過(guò)程中行動力，中國(guó)華電的經(jīng)驗(yàn)值得借鑒提供有力支撐。

在統(tǒng)籌謀劃方面，中國(guó)華電把關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)擺在了突出位置保供，并舉全集團(tuán)之力推動(dòng)落實(shí)自行開發，所屬企業(yè)加強(qiáng)協(xié)同，無(wú)條件支持責任，形成“上下一盤(pán)棋”的攻關(guān)合力應用情況。

對(duì)此研發(fā)團(tuán)隊(duì)資深專家感受很深。“我們把TCS的研發(fā)梳理出了12項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)組建，每個(gè)點(diǎn)都很難表現，在研發(fā)過(guò)程中，我們由點(diǎn)到線到面深刻變革，逐步串了起來(lái)結論，這就是一個(gè)群策群力的過(guò)程。”

比如質生產力，在攻關(guān)某進(jìn)口F級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)的過(guò)程中適應性強，啟動(dòng)裝置的通訊協(xié)議和TCS的通訊協(xié)議不兼容，成為項(xiàng)目攻關(guān)的阻礙先進的解決方案。電廠的技術(shù)專家建議拓展，應(yīng)該先把該燃?xì)廨啓C(jī)原有啟動(dòng)裝置的通訊協(xié)議吃透，再與中國(guó)華電的TCS相連，實(shí)現(xiàn)整體控制前來體驗。在這一思路的啟發(fā)下，研發(fā)團(tuán)隊(duì)最終通過(guò)逐步解析和反復(fù)實(shí)驗(yàn)測(cè)試確定性，攻克了啟動(dòng)裝置與TCS通訊的難題綠色化。

同時(shí)，中國(guó)華電開(kāi)展有效激勵(lì)發展，充分激發(fā)創(chuàng)新活力動(dòng)力保持穩定。研發(fā)單位用好“激勵(lì)工具包”，優(yōu)先考慮攻關(guān)有功人員評(píng)優(yōu)評(píng)先面向，并給予專項(xiàng)獎(jiǎng)勵(lì)支撐作用、股權(quán)激勵(lì)、崗位分紅建設項目，3名研發(fā)骨干被推薦并入選中國(guó)華電科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才和青年領(lǐng)軍人才最為突出，兌現(xiàn)崗位分紅40余人，給予股權(quán)激勵(lì)10余人相結合。

中國(guó)華電還通過(guò)開(kāi)展聯(lián)合攻關(guān)高效化，廣泛凝聚產(chǎn)業(yè)鏈合力。中國(guó)華電依托央企產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢(shì)為產業發展，通過(guò)創(chuàng)新聯(lián)合體範圍和領域，與中國(guó)電子所屬公司開(kāi)展聯(lián)合創(chuàng)新，聯(lián)合開(kāi)發(fā)了多任務(wù)并行執(zhí)行的高穩(wěn)定性各項要求、高實(shí)時(shí)性過(guò)程控制站更高要求，并且在CPU層面有效支撐可信計(jì)算3.0標(biāo)準(zhǔn)，滿足更復(fù)雜應(yīng)用場(chǎng)景下對(duì)性能和安全可信的需求新技術。

創(chuàng)新過(guò)程中共同學習，各方按照“持續(xù)優(yōu)化、迭代升級(jí)”的工作思路深入，不斷深化創(chuàng)新聯(lián)合的合作應用優勢。依托中國(guó)華電與中國(guó)電子共同成立的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，從主控板卡研發(fā)全方位、試制高效節能、軟件適配、系統(tǒng)調(diào)優(yōu)大局、綜合聯(lián)調(diào)新創新即將到來，到最后的并網(wǎng)運(yùn)行，始終保持高效合作有序推進，打破了產(chǎn)品屬性壁壘設施，對(duì)過(guò)程中的問(wèn)題共同集中解決，在同目標(biāo)共奮斗的基礎(chǔ)上，保質(zhì)按時(shí)運(yùn)行并網(wǎng)和順利運(yùn)行更優質，并進(jìn)行了專項(xiàng)鑒定相對開放。

面向未來(lái)，中國(guó)華電在TCS的自主創(chuàng)新方面還將進(jìn)行更多的突破脫穎而出。下一步的研究方向是兩個(gè)方面：一是豐富平臺(tái)功能和提升平臺(tái)性能拓展應用，二是推動(dòng)控制系統(tǒng)從自主化向智能化方向邁進(jìn)。比如采用多目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)開(kāi)展自動(dòng)燃燒調(diào)整研究結構，基于人工智能的模型預(yù)測(cè)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)基于模型的控制管理，等等。

中國(guó)華電將進(jìn)一步加快科技創(chuàng)新成果的應(yīng)用和推廣能力建設。“下一步模樣，我們將把研究成果繼續(xù)拓展到更多機(jī)型應(yīng)用，盡快實(shí)現(xiàn)重型燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組全覆蓋及提供成套解決方案的目標(biāo)服務。”研發(fā)單位負(fù)責(zé)人說(shuō)很重要。

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