▲定州电厂全景图。
“提交的鉴定材料完整规范，符合鉴定要求”“该项目针对我国发电控制系统自主可控与智能化的重大需求，建立了智能发电控制体系架构与理论方法”“突破了发电控制系统软硬件国产化替代及换代升级的技术瓶颈”“智能发电控制系统、成套装备及算法软件，实现了智能发电控制技术的产业化应用”……近日，“自主可控智能发电控制系统”项目通过中国电机工程学会和中国自动化学会共同组织的成果鉴定。
通过突破关键核心技术瓶颈，“自主可控智能发电控制系统”实现了从技术研发到产业化应用的全链条创新。目前，其大规模产业化推广300余台套，涵盖核电、火电、燃气联合循环、水电、风电、光伏、分布式能源、热网等不同场景。与会专家一致认为，“自主可控智能发电控制系统”整体技术处于国际领先水平，标志着我国工业控制领域核心技术攻关取得重大突破。
时代呼唤：能源转型下的自主可控之路
在全球能源变革的背景下，我国能源行业正经历着前所未有的深刻转型。电力产业作为关系国计民生的基础产业，其供应与安全直接关系到国家安全和经济社会发展全局。“然而，长期以来，作为电站自动控制核心的分散控制系统，关键技术受制于人，存在重大安全隐患。”华北电力大学副校长房方指出，特别是在智能化、网络化趋势下，核心芯片等部件受网络攻击的风险显著增加，断供风险对国家能源安全构成潜在挑战。
21世纪以来，全球范围内发生多起网络安全问题引发的重大能源安全事件，例如2010年的“震网”病毒攻击伊朗核设施，2015年和2016年乌克兰电网遭受网络攻击导致大面积停电等。这些事件表明，能源系统的网络安全问题已经成为全球性挑战。我国作为能源消费大国，面临的网络安全风险也很严峻。确保发电控制系统自主可控，对于维护我国能源安全、提高电力系统运行效率和质量具有至关重要的意义。
为此，国家能源局发布《电力发展“十三五”规划》时，第一次将智能发电的内容和发展需求写入规划，攻关发电机组先进运行控制技术与示范应用。房方表示，“十四五”期间，智能发电得到发电企业的高度认可，形成建设热潮。
自主创新：产学研协同攻克技术难关
面对严峻挑战，我国科研人员和工程师们迎难而上，积极寻求突破。由国家能源集团牵头，联合中国华能集团、中国华电集团等大型能源企业，携手华北电力大学等高校以及多家科研机构共同组建攻关团队，研发具有完全自主知识产权的智能发电控制系统。
“这项工作难度极大，涉及控制理论、人工智能、计算机、网络通信等多个学科领域，需要跨学科、跨领域的协同创新。”项目主要负责人之一、中国工程院院士刘吉臻表示，“我们团队克服重重困难，经过多年潜心研究，终于成功研发出‘自主可控智能发电控制系统’，实现了从跟跑到并跑再到领跑的跨越。”
刘吉臻接受记者采访时指出，在“十五五”期间，智能控制技术将迎来进一步迭代升级，这不仅是技术发展的重要阶段，也是规模化应用的关键时期。智能发电控制系统将更加深入地与市场化机制相结合，在保障电力系统安全稳定运行、促进新能源消纳、提升能源利用效率等方面发挥更加重要的作用。
“自主可控智能发电控制系统”在国家重点研发计划和国家发改委、国家能源局重点专项等项目支持下，项目团队历经十余年，联合攻关与自主研发，攻克了一系列关键技术难题，首创自主可控智能发电控制系统、智能发电控制系统安全防御体系，攻克了智能发电成套控制算法与优化决策关键技术，实现了电力生产控制区内数据、算法、算力的高效组织调度和弹性扩展，实时数据存储规模提升10倍以上，提升检索速率20倍以上，可支持不少于35种发电智能计算、65种数据分析和20种主流机器学习算法；突破了传统的被动边界防护模式，内生免疫功能资源占用≤5%，纵深防护延迟时间减少50%；首次实现大型燃煤发电机组全程近零操作运行，运行人员操作次数降低90%以上，达到少人干预的运行新目标。
中国自动化学会发电自动化专业委员会秘书长孙长生表示，根据2022年中国自动化学会发电自动化专业委员会的测试结论，系统实现了全国产化，整体性能和功能达到国家行业的要求。系统的可信控制终端在功能性和安全性方面，均达到国家及行业对关键设备的安全标准要求。系统大量应用先进的控制策略和智能算法，实现了机组安全、高效、环保、灵活的智能化目标。系统平台具有高度开放性，功能模块丰富，信息系统安全，展现出自适应、自学习、自驱动、自恢复、自组织的智能化特征。
成效显著：技术领先与经济效益双赢
刘吉臻指出：“‘自主可控智能发电控制系统’的成功研发和应用，不仅解决了我国发电控制系统长期依赖进口的难题，更重要的是为我国能源行业的绿色低碳转型和高质量发展提供了坚实技术支撑。”
“根据统计，机组供电煤耗指标平均下降1.55克/千瓦时，每年可节约燃料9765吨。根据电网调度计划及安全约束系统计算的记录，机组AGC负荷响应速率达2%，一次调频合格率提升至90%以上，两个细则考核转亏为盈。”房方在汇报中列举了一系列数据。
此外，该系统还大幅降低了运行人员的操作量，提高了机组的运行效率和安全性。例如，国能河北定州发电有限公司的1号600兆瓦机组在应用该系统后，实现了人工智能算力与工业控制系统的高效融合，通过智能建模、智能控制、智能诊断、智能寻优等智能化应用功能，全面提升系统各项性能指标，在国内首次实现了燃煤机组复杂流程全程自主的高效灵活运行和近零干预操作，日均操作量稳定在300次以内，大幅减小了运行人员的操作和监盘压力，提高了系统安全性和可靠性。
“‘自主可控智能发电控制系统’的核心技术优势在于其先进的理论和体系架构、自主可控的全国产软硬件、安全可信的纵深防御体系、成套的智能控制与优化决策技术。”国能智深党委书记、董事长钟震接受记者采访时表示，实现关键核心电力装备自主国产化的途径是硬件芯片国产化替代、操作系统国产化和软件自主研发。目前，我国工业级芯片门类正在逐步健全中，某些关键装备中的芯片之前一直采用国外产品，国内同类产品在性能和功能上存在一定差距，当前阶段必须研究一些特定的性能补偿技术、适配技术，同时加强与国内芯片制造商合作，开展工业级芯片的适配应用，逐渐实现控制系统中各类硬件芯片的国产化替代，包括控制器、工控机、I/O卡件等的核心芯片，确保控制系统的自主可控和安全可靠。
在业内人士看来，“自主可控智能发电控制系统”的研发成功，是我国科技创新的又一重大成果，它不仅为我国能源行业的可持续发展注入了新动力，也为全球能源转型和应对气候变化贡献了中国智慧和中国方案。