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4.2 智能平行核电站数字化仪控系统: 下一代核电仪控范式
核电站数字化仪控系统 (Digital Control System, DCS), 控制着整个核电站从常规岛到核岛几乎所有的阀门、开关、继电器等, 数据在系统中进行集中显示、计算处理并自动驱动执行机构, 具有高可靠性、开放性、灵活性、协调性、易于维护、控制功能齐全等特点. 它是核电站的大脑、神经中枢、运行中心和安全屏障, 是核电站四大关键性成套设备之一,是整个核电站最关键、最核心技术的集中体现, 也是大型核电装备现代化程度的重要标志[52−55], 基于平行理论的研究架构如图 10 所示.
图10 基于平行理论的核电仪控技术研究架构
作为核电机组这样一个以核反应堆为一次能源的高科技重大装备, 其控制系统与核反应过程密切相关, 控制系统的安全性、可靠性、精确度和完整性等各方面的功能和性能都直接影响到整个核电站运行的安全性和经济性, 因此在考虑核电机组装备本身的自主化时, 就必须同时考虑其控制系统的自主化. 只有掌握了自动化成套控制系统的关键技术, 我国核电站的安全、经济运行才能有真正的保障.
中国广核集团 (简称中广核) 为引领核电智能化技术的发展, 设立了 “十三五” 智能核电科技战略专项 (Smart Nuclear Power, SNP), 提出了在全生命周期内构建 “智能管理、协同设计、智能建造、智慧运营” 的四大发展领域. 北京广利核系统工程有限公司是中广核旗下从事核电DCS设计、制造和工程服务的专业化企业, 正在从核电工程DCS系统供应商向核电DCS“工程、运维、改造、服务” 供应商转型, 从单一核电领域向高可靠控制领域转型, 从国内核电DCS设备供应商向全球核电DCS设备供应商转型, 并致力于在自动化、智能化、可视化方向取得技术突破. 作为专业的核电 DCS供应商, 广利核公司可为各种不同堆型的核电站提供端对端、全生命周期的DCS 解决方案, 实现高精度、快速及高稳定运行的目标, 如图11所示.
核电站的管理与控制问题, 不仅涉及到核电站的规划、设计、选址、建设等工程问题, 更涉及到管理、人为等社会因素, 以及地震、火灾等自然因素,传统的理论建模方法难以对其进行研究, 需要新的理论方法来解决上述问题. 因此, 为了实现更优化、更有层次性的控制目标, 解决核电 DCS 系统中的复杂控制问题, 广利核公司基于平行智能理论方法及其技术路线 , 采用大运维理念 , 致力实现DCS全寿命周期的智能化.
该系统采用基于ACP方法的平行智能理论, 以虚拟化、云计算、大数据为数据基础 , 建立细粒度仿真、具有弹性、按需分配、灵活扩展的平行核电站数字化仪控系统, 以满足核电系统信息安全对抗演练、技战术训练及实验、工业控制重要基础设施与信息系统的安全测评、安全预警的需要[56], 如图12所示.
图11 DCS 运维改造平台
图12 中广核 DCS 数据中心平台
5 结论与展望
本文首先讨论了核能5.0出现的新智能时代基础, 阐述了虚拟数字工业崛起的技术背景. 其后详细叙述了核能5.0及核电工业新形态与体系结构, 即平行核电的定义、意义、研究内容、体系架构以及应用领域, 并讨论了核能5.0中新一代核心技术, 包括智联网、知识自动化、发展性人工智能、大规模协同演进技术、工业区块链等. 最后讨论了核电工业中具体的应用场景与案例, 核电工控系统安全评估与核电站数字化仪控系统.
在新智能时代来到的时候, 以虚拟数字工业崛起为特征的工业转型正在逐步发生. 中国工业必须认清这一重大趋势, 尽早开始这一转型过程, 以避免在下一轮的全球工业竞争中处于劣势和下游地位.中国核能工业, 无论在国家能源安全与经济命脉的层面上考虑, 还是在保持核电工业技术在世界上的竞争力的层面上考虑, 都更应该尽早意识到工业虚拟数字化的必要性与紧迫性, 并尽早开始其进程. 因此, 本文阐述了核能 5.0, 以平行核电为核心理念的虚实一体的核电工业新形态与系统架构, 提出了世界领先的理念、参考模型和技术框架, 为中国核能产业未来的自主发展描绘了前景、道路与期望.
作者简介
王飞跃中国科学院自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室研究员.国防科技大学军事计算实验与平行系统技术研究中心主任. 主要研究方向为智能系统和复杂系统的建模、分析与控制.
孙 奇中广核工程有限公司公司首席信息官, 核电安全监控技术与装备国家重点实验室副主任. 主要研究方向为核电安全, 信息防护.
江国进北京广利核系统工程有限公司总经理, 研究员级高级工程师. 主要研究方向为通用核仪器, 核电站仪控系统.
谭 珂中广核工程有限公司高级工程师, 核电安全监控技术与装备国家重点实验室副主任. 主要研究方向为核电控制 仪控技术.
张 俊武汉大学电气工程学院教授. 主要研究方向为智能系统, 人工智能, 知识自动化, 及其在智能电力和能源系统中的应用.
侯家琛青岛智能产业研究院平行能源技术创新中心工程师. 主要研究方向为平行能源, 区块链, 智慧核电.
熊 刚中国科学院自动化研究所, 复杂系统管理与控制国家重点实验室研究员,北京市智能化技术与系统工程技术研究中心副主任. 主要研究方向为复杂系统平行控制, 智能制造, 智能交通.
朱凤华中国科学院自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室副研究员. 2008 年于中国科学院自动化研究所获得工学博士学位. 主要研究方向为人工交通系统 平行交通管理系统.
韩双双中国科学院自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室助理研究员. 2013年获得加拿大阿尔伯塔大学博士学位. 主要研究方向为平行网络, 物联网, 智能交通, 无线通信关键技术.
董西松中国科学院自动化研究所复杂系统管理与控制国家重点实验室副研究员. 主要研究方向为复杂系统的建模与控制 智能交通系统.
王 嫘北京广利核系统工程有限公司高级工程师. 2012年获清华大学仪器科学与技术专业博士学位. 主要研究方向为核电数字化仪控系统安全评价与智能应用.
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土耳其TRT通讯社3月25日报道,土能源和自然资源部长AlparslanBayraktar在俄罗斯索契举行的国际ATOMEXPO-2024论坛上表示,“阿库尤正在同时建造四座反应堆,我们的目标是在2035年达到7.2吉瓦核电容量,2050年达到20吉瓦核电容量。”
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