《DL/T996-2019火力發(fā)電廠汽輪機控制系統(tǒng)技術(shù)條件》專題研究報告目錄智能化時代DEH系統(tǒng)功能分層與網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的前瞻性審視架構(gòu)解碼動態(tài)響應(yīng)、控制精度與可靠性指標(biāo)的嚴(yán)苛要求全解性能之錨控制策略優(yōu)化與先進算法融入的深度技術(shù)前瞻智慧內(nèi)核超超臨界與靈活調(diào)峰等復(fù)雜工況的適應(yīng)性設(shè)計熱點應(yīng)變之道標(biāo)準(zhǔn)迭代方向與汽輪機控制技術(shù)發(fā)展藍圖預(yù)測未來已來汽輪機控制系統(tǒng)技術(shù)升級的核心驅(qū)動與戰(zhàn)略價值深度剖析探源溯本從“功能安全

”到“信息安全

”的雙重堡壘構(gòu)建專家視角安全至高現(xiàn)代化監(jiān)控界面設(shè)計與運行人員支持系統(tǒng)的發(fā)展趨勢人機共生從工廠到現(xiàn)場的全生命周期嚴(yán)苛驗證體系揭秘測試圭臬與SIS、DCS及智能電站的深度集成與數(shù)據(jù)互通融合之徑01020304050607081009探源溯本：汽輪機控制系統(tǒng)技術(shù)升級的核心驅(qū)動與戰(zhàn)略價值深度剖析標(biāo)準(zhǔn)修訂背景：能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型與電力市場化改革的迫切需求1DL/T996-2019的發(fā)布并非孤立事件，其深層背景在于我國能源結(jié)構(gòu)向清潔低碳轉(zhuǎn)型加速，以及電力市場化改革對發(fā)電機組運行靈活性、經(jīng)濟性提出前所未有的高要求。老版本標(biāo)準(zhǔn)已難以適應(yīng)高參數(shù)、大容量超超臨界機組以及深度調(diào)峰、快速啟停等新運行模式。本標(biāo)準(zhǔn)修訂旨在為汽輪機控制系統(tǒng)這一火電“大腦”與“神經(jīng)中樞”建立全新的技術(shù)標(biāo)尺，直接回應(yīng)了提升機組本質(zhì)安全、保障電網(wǎng)穩(wěn)定、促進節(jié)能降耗的國家級戰(zhàn)略需求。2核心定位解析：從“配套設(shè)備”到“關(guān)鍵核心系統(tǒng)”的觀念躍升本標(biāo)準(zhǔn)顯著提升了汽輪機控制系統(tǒng)（涵蓋DEH、ETS等）在電廠中的定位。它不再被視為汽輪機的簡單配套附屬設(shè)備，而是被明確定義為涉及機組安全、效率、靈活性的關(guān)鍵核心系統(tǒng)。標(biāo)準(zhǔn)條文全面覆蓋了系統(tǒng)的功能、性能、設(shè)計、測試、驗收與維護全周期，其技術(shù)要求具有強制性或推薦性的指導(dǎo)意義，體現(xiàn)了在智能電站體系中，控制系統(tǒng)基礎(chǔ)性、決定性作用已成為行業(yè)共識。戰(zhàn)略價值延伸：支撐新型電力系統(tǒng)穩(wěn)定的“壓艙石”作用1隨著新能源占比攀升，火電機組的角色正從基荷電源向調(diào)峰調(diào)頻電源轉(zhuǎn)變。本標(biāo)準(zhǔn)對控制系統(tǒng)響應(yīng)速度、負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍、一次調(diào)頻性能的詳細(xì)規(guī)定，正是為了鍛造火電機組支撐電網(wǎng)頻率穩(wěn)定的關(guān)鍵能力。一套符合本標(biāo)準(zhǔn)的高性能控制系統(tǒng)，能使機組成為新型電力系統(tǒng)中可靠、靈活的調(diào)節(jié)單元，其戰(zhàn)略價值已超越單一電廠范疇，關(guān)乎區(qū)域乃至全國電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。2架構(gòu)解碼：智能化時代DEH系統(tǒng)功能分層與網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的前瞻性審視功能分層模型：控制、保護與診斷的清晰邊界與協(xié)同機制01標(biāo)準(zhǔn)明確了汽輪機控制系統(tǒng)應(yīng)采用清晰的分層架構(gòu)，通常包括直接控制層、監(jiān)控與管理層。直接控制層（DEH核心）負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、壓力等快速閉環(huán)控制與超速等危急遮斷保護（ETS），要求極高的實時性與可靠性。監(jiān)控管理層實現(xiàn)人機交互、歷史數(shù)據(jù)記錄、性能計算與高級應(yīng)用。本標(biāo)準(zhǔn)強調(diào)各層間功能隔離又信息互通，確保保護獨立性的同時，為狀態(tài)分析與優(yōu)化提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。02對于控制系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，標(biāo)準(zhǔn)對通信網(wǎng)絡(luò)的冗余配置、實時性、抗干擾能力提出了明確要求。關(guān)鍵控制網(wǎng)絡(luò)應(yīng)采用雙環(huán)網(wǎng)或冗余總線架構(gòu)，確保單點故障不影響控制功能。

同時，

網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議需滿足控制指令的確定性傳輸，避免非確定性延遲導(dǎo)致控制品質(zhì)惡化。這與未來工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)趨勢下的

IT/OT

融合一脈相承，但更強調(diào)

OT

側(cè)固有的高可靠與實時性底線。（二）

網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架要求：冗余可靠性設(shè)計與實時性、確定性的平衡術(shù)硬件配置原則：模塊化、冗余化與可擴展性的設(shè)計哲學(xué)01標(biāo)準(zhǔn)引導(dǎo)硬件設(shè)計走向高度模塊化與標(biāo)準(zhǔn)化?？刂破?、電源、通訊模塊等關(guān)鍵部件必須冗余配置，支持在線更換。I/O模塊應(yīng)具備通道級隔離與故障診斷能力。這種設(shè)計不僅提升了系統(tǒng)可用性，也為后續(xù)擴容、改造（如增加供熱抽汽控制）預(yù)留了空間，適應(yīng)電廠在生命周期內(nèi)技術(shù)升級的必然需求。02安全至高：從“功能安全”到“信息安全”的雙重堡壘構(gòu)建專家視角功能安全基石：ETS獨立性與“三取二”邏輯的剛性原則1汽輪機危急遮斷系統(tǒng)（ETS）的安全性是標(biāo)準(zhǔn)的重中之重。標(biāo)準(zhǔn)強制要求ETS必須在硬件和軟件上獨立于DEH控制回路，確保即使DEH完全失效，ETS也能獨立安全動作。對于跳閘信號處理，普遍要求采用“三取二”或類似的高可靠性表決邏輯，有效防止誤動和拒動，這是保障機組物理安全的最后防線，其設(shè)計原則源于最高等級的安全完整性要求。2信息安全新維：等保2.0背景下控制系統(tǒng)的防護體系構(gòu)建相較于舊版，DL/T996-2019顯著強化了信息安全要求，呼應(yīng)了《網(wǎng)絡(luò)安全法》和等級保護2.0制度。標(biāo)準(zhǔn)要求控制系統(tǒng)需考慮分區(qū)隔離、訪問控制、惡意代碼防范、安全審計、設(shè)備冗余等安全措施。這意味著未來汽輪機控制系統(tǒng)不能是“信息孤島”，其安全設(shè)計必須融入電廠整體的工控安全體系，抵御來自內(nèi)部或外部的網(wǎng)絡(luò)攻擊威脅?？v深防御策略：從物理隔離到行為監(jiān)控的立體化防護網(wǎng)01標(biāo)準(zhǔn)隱含了縱深防御的安全理念。這不僅僅是在控制網(wǎng)絡(luò)邊界部署防火墻，更包括控制器本身的安全加固、操作權(quán)限的精細(xì)化管理、關(guān)鍵指令的二次確認(rèn)、以及操作與維護行為的全程審計。通過構(gòu)建從網(wǎng)絡(luò)邊界、主機系統(tǒng)到應(yīng)用進程的多層防護，形成一個立體的安全防御體系，將潛在風(fēng)險層層阻斷。02性能之錨：動態(tài)響應(yīng)、控制精度與可靠性指標(biāo)的嚴(yán)苛要求全解靜態(tài)精度指標(biāo)：轉(zhuǎn)速與負(fù)荷控制的“毫厘”之爭標(biāo)準(zhǔn)對控制系統(tǒng)的靜態(tài)控制精度給出了量化指標(biāo)。例如，在額定工況下，轉(zhuǎn)速控制精度通常要求不超過額定轉(zhuǎn)速的±0.1%，負(fù)荷控制精度要求不超過額定負(fù)荷的±0.5%。這些看似微小的百分比，對應(yīng)到大容量機組上便是顯著的功率偏差。高精度控制是實現(xiàn)機組經(jīng)濟運行、滿足電網(wǎng)AGC考核的基礎(chǔ)，直接關(guān)系到電廠的經(jīng)濟效益。動態(tài)響應(yīng)特性：階躍響應(yīng)與一次調(diào)頻的性能考核硬杠動態(tài)性能是衡量控制系統(tǒng)品質(zhì)的關(guān)鍵。標(biāo)準(zhǔn)對負(fù)荷階躍擾動下的調(diào)節(jié)時間、超調(diào)量、衰減率有明確要求。尤其重要的是對一次調(diào)頻性能的規(guī)定：包括響應(yīng)死區(qū)、響應(yīng)滯后時間、穩(wěn)定時間及貢獻電量考核。這要求控制系統(tǒng)不僅反應(yīng)要快，更要準(zhǔn)、要穩(wěn)，確保在電網(wǎng)頻率波動時，機組能快速、準(zhǔn)確地發(fā)出支撐功率，這是其參與電網(wǎng)輔助服務(wù)的關(guān)鍵能力?？煽啃粤炕螅篗TBF與可用率背后的設(shè)計哲學(xué)標(biāo)準(zhǔn)引入了平均無故障時間（MTBF）和系統(tǒng)可用率等量化可靠性指標(biāo)。高MTBF要求元器件選型、電路設(shè)計、散熱與環(huán)境適應(yīng)性都必須精益求精。高可用率則依賴于前述的冗余架構(gòu)與無擾切換技術(shù)。這些指標(biāo)將可靠性從定性概念轉(zhuǎn)化為可設(shè)計、可測試、可驗收的工程目標(biāo)，驅(qū)動制造商從設(shè)計源頭提升產(chǎn)品固有可靠性。12人機共生：現(xiàn)代化監(jiān)控界面設(shè)計與運行人員支持系統(tǒng)的發(fā)展趨勢人機界面（HMI）設(shè)計準(zhǔn)則：從信息堆砌到情景感知的演進標(biāo)準(zhǔn)對操作員站的人機界面提出了指導(dǎo)性原則，超越簡單的畫面繪制，強調(diào)信息呈現(xiàn)的邏輯性與有效性。要求關(guān)鍵參數(shù)、報警、操作設(shè)備必須醒目、易于辨識。趨勢是發(fā)展“情景感知”型HMI，能根據(jù)運行工況（如啟動、故障）自動聚焦關(guān)鍵信息，減少運行人員認(rèn)知負(fù)荷，縮短異常工況下的判斷與響應(yīng)時間。報警管理優(yōu)化：抑制“報警洪水”與實現(xiàn)智能化分級預(yù)警針對控制室常見的“報警洪水”問題，標(biāo)準(zhǔn)強調(diào)報警需進行合理分級、篩選和抑制。重要報警應(yīng)具備最高優(yōu)先級和獨特的提示方式。前瞻性地看，系統(tǒng)應(yīng)能對相關(guān)報警進行關(guān)聯(lián)分析，提供可能的根本原因提示，甚至預(yù)測性報警，變被動響應(yīng)為主動預(yù)警，這將是提升運行安全性與效率的重要方向。操作員支持系統(tǒng)（OSS）集成：嵌入式指導(dǎo)與智能化輔助決策1標(biāo)準(zhǔn)鼓勵或預(yù)留了高級應(yīng)用接口，為操作員支持系統(tǒng)（OSS）的集成奠定基礎(chǔ)。OSS可包含標(biāo)準(zhǔn)操作程序（SOP）在線指導(dǎo)、啟停曲線優(yōu)化、故障診斷專家系統(tǒng)、性能優(yōu)化建議等。它將規(guī)程、專家知識與實時數(shù)據(jù)結(jié)合，為運行人員提供智能決策支持，特別是在機組啟停、事故處理等復(fù)雜工況下，成為運行人員的“智能副駕”。2智慧內(nèi)核：控制策略優(yōu)化與先進算法融入的深度技術(shù)前瞻自適應(yīng)與智能PID：超越固定參數(shù)的先進調(diào)節(jié)技術(shù)1標(biāo)準(zhǔn)雖未限定具體算法，但其對控制品質(zhì)的高要求必然推動先進控制策略的應(yīng)用。傳統(tǒng)的固定參數(shù)PID在機組大范圍變負(fù)荷時難以始終保持最優(yōu)。自適應(yīng)PID、增益調(diào)度等算法能根據(jù)工況自動調(diào)整參數(shù)。更進一步，模糊控制、預(yù)測控制等智能算法可在多變量、非線性的復(fù)雜控制場景（如協(xié)調(diào)控制）中展現(xiàn)優(yōu)勢，提升整體調(diào)節(jié)品質(zhì)。2壽命管理與柔性控制：在性能與設(shè)備損耗間尋找最優(yōu)解1對于頻繁參與調(diào)峰的機組，啟停速率與負(fù)荷變化率對汽輪機轉(zhuǎn)子等關(guān)鍵部件造成循環(huán)熱應(yīng)力，影響壽命。先進的汽輪機控制系統(tǒng)可集成壽命管理模塊，實時計算轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力，并以此作為約束條件，動態(tài)優(yōu)化升速率和變負(fù)荷率，在響應(yīng)電網(wǎng)需求與延長設(shè)備壽命之間實現(xiàn)最優(yōu)平衡，即“柔性控制”。2基于模型的優(yōu)化控制（MBOC）：數(shù)字孿生技術(shù)在控制中的初現(xiàn)控制技術(shù)的未來前沿之一是模型預(yù)測控制（MPC）等基于模型的高級算法。這需要建立機組關(guān)鍵熱力過程的動態(tài)數(shù)學(xué)模型（可視為簡易數(shù)字孿生）?？刂破骼迷撃Ｐ皖A(yù)測未來一段時間內(nèi)的系統(tǒng)行為，并優(yōu)化計算出一系列最優(yōu)控制動作。這能顯著處理多輸入多輸出、有約束的控制問題，是實現(xiàn)機組整體經(jīng)濟性最優(yōu)化的強大工具。12測試圭臬：從工廠到現(xiàn)場的全生命周期嚴(yán)苛驗證體系揭秘工廠驗收測試（FAT）：仿真環(huán)境下的全方位功能“體檢”標(biāo)準(zhǔn)要求系統(tǒng)出廠前必須進行嚴(yán)格的工廠驗收測試（FAT）。FAT需在模擬環(huán)境下，使用仿真器模擬汽輪機及執(zhí)行機構(gòu)，對控制系統(tǒng)的所有硬件、軟件功能、性能指標(biāo)、冗余切換、報警邏輯等進行全面測試。這是發(fā)現(xiàn)問題、確保系統(tǒng)符合合同與技術(shù)協(xié)議要求的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，能將大量缺陷消除在出廠之前。現(xiàn)場安裝調(diào)試完成后，需進行現(xiàn)場驗收測試（SAT）。這是在實際的I/O連接、真實的執(zhí)行機構(gòu)和部分真實工藝過程（如油系統(tǒng)）下進行的測試。重點驗證控制系統(tǒng)與現(xiàn)場設(shè)備的匹配性、整個控制回路的調(diào)節(jié)品質(zhì)、以及與DCS、ETS等其他系統(tǒng)的聯(lián)動是否正確。SAT是系統(tǒng)投入商業(yè)運行前的最終關(guān)卡，其完備性直接關(guān)系到后續(xù)運行的穩(wěn)定性。1現(xiàn)場驗收測試（SAT）：真實環(huán)境中的聯(lián)動與性能最終考核2周期性測試與維護：確?？刂葡到y(tǒng)生命期內(nèi)性能不衰減標(biāo)準(zhǔn)不僅關(guān)注驗收，也關(guān)注運維。它要求建立定期的測試與維護規(guī)程。例如，對冗余部件的定期切換測試，確保備用設(shè)備始終處于可用狀態(tài)；對重要保護回路進行定期模擬試驗，驗證其動作的正確性。通過制度化的預(yù)防性維護，確?？刂葡到y(tǒng)在長達數(shù)十年的生命周期內(nèi)，其可靠性、準(zhǔn)確性不會隨時間推移而衰減。應(yīng)變之道：超超臨界與靈活調(diào)峰等復(fù)雜工況的適應(yīng)性設(shè)計熱點超超臨界機組控制難點：高壓高溫下的特殊考量超超臨界機組參數(shù)極高，其汽輪機控制系統(tǒng)面臨獨特挑戰(zhàn)。例如，主汽壓力控制要求更精細(xì)，蒸汽溫度波動對材料應(yīng)力影響更敏感。標(biāo)準(zhǔn)引導(dǎo)控制系統(tǒng)設(shè)計中需充分考慮這些特點，采用更優(yōu)的控制策略來穩(wěn)定主蒸汽參數(shù)，并加強對汽輪機熱應(yīng)力的監(jiān)視與控制，以適應(yīng)更高參數(shù)帶來的更嚴(yán)苛的動態(tài)過程。深度調(diào)峰控制技術(shù)：低負(fù)荷穩(wěn)燃與快速升降負(fù)荷的平衡術(shù)機組參與深度調(diào)峰（如降至20%-30%額定負(fù)荷甚至更低）時，鍋爐燃燒穩(wěn)定性變差，汽輪機處于非設(shè)計工況，控制難度增大?？刂葡到y(tǒng)需具備更寬范圍、更高精度的閥門管理功能，協(xié)調(diào)控制策略需適應(yīng)低負(fù)荷特性。同時，為抓住調(diào)峰機會，系統(tǒng)必須能在保證安全的前提下，實現(xiàn)負(fù)荷的快速、平滑升降，這對控制算法的魯棒性提出了極高要求。12快速啟停（FCB）與黑啟動支持：極端工況下的生存與恢復(fù)能力1標(biāo)準(zhǔn)涉及了機組在電網(wǎng)故障時快速切負(fù)荷（FCB）至帶廠用電運行，乃至黑啟動的能力要求。這要求控制系統(tǒng)具備完善的后備模式和超強的工況適應(yīng)能力。在FCB時，能瞬間切斷對外供電，穩(wěn)定維持廠用電運行；在黑啟動時，能從無到有，有序驅(qū)動各類輔機，帶動汽輪機沖轉(zhuǎn)至額定轉(zhuǎn)速。這是控制系統(tǒng)應(yīng)對極端電網(wǎng)事故、體現(xiàn)電廠“韌性”的關(guān)鍵功能。2融合之徑：與SIS、DCS及智能電站的深度集成與數(shù)據(jù)互通與DCS的界面劃分與無縫集成：一體化監(jiān)控的實踐路徑在現(xiàn)代化電廠中，DEH與分布式控制系統(tǒng)（DCS）的界限日益融合。標(biāo)準(zhǔn)明確了二者在功能上的側(cè)重與接口要求。通常，DEH負(fù)責(zé)汽輪機核心閉環(huán)控制，DCS負(fù)責(zé)全廠級監(jiān)控與順序控制。兩者需通過高速通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)無縫集成，在DCS操作員站上應(yīng)能透明地監(jiān)控和操作DEH的大部分功能，實現(xiàn)統(tǒng)一的人機界面，降低運行復(fù)雜性。12向SIS/MIS的數(shù)據(jù)開放：為廠級監(jiān)控與優(yōu)化提供源頭活水1廠級監(jiān)控信息系統(tǒng)（SIS）和管理信息系統(tǒng)（MIS）依賴于底層控制系統(tǒng)的實時與歷史數(shù)據(jù)。本標(biāo)準(zhǔn)要求汽輪機控制系統(tǒng)必須具備標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)通信接口（如OPCUA），能以安全、高效的方式向SIS/MIS上傳豐富的生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)、報警事件和性能計算結(jié)果。這些數(shù)據(jù)是進行廠級經(jīng)濟性分析、設(shè)備狀態(tài)評估、優(yōu)化運行的基礎(chǔ)，是構(gòu)建智能電站的數(shù)據(jù)基石。2融入智能電站平臺：作為智慧單元參與全廠協(xié)同優(yōu)化在智能電站的愿景中，汽輪機控制系統(tǒng)不應(yīng)再是一個封閉的“黑箱”，而應(yīng)成為一個開放的、具有標(biāo)準(zhǔn)接口的“智能控制單元”