光热发电熔盐储热电站光储耦合调峰怎么建通信架构？可胜技术/首航高科/和利时三条控制路线与领祺方案对比
光热电站的二次系统不是一个”系统”,而是三套时间尺度、三套可靠性要求完全不同的系统叠在一起:镜场要跟踪太阳,全厂 DCS 要守住熔盐的温度与液位,站级远动要把功率、电压、储能状态按调度要求报出去。光储耦合之后又多了一条电—热双向通道,三层之间的接口关系就更难糊弄。本文只使用企业和行业公开披露的技术资料做拆解,凡属厂商自述的性能指标均如实标注来源口径,不作为唯一选型依据。
一、熔盐储热电站的通信难点:三层时钟对不齐
光热发电与光伏最大的区别,是它自带”热储存”这个中间环节。熔盐从 290℃ 加热到 550℃ 左右,把白天的能量留在罐里,晚上再放出来驱动汽轮机。这意味着电站内部同时运行着三种节奏完全不同的控制回路。
第一层是镜场控制。 数万面定日镜要在毫弧度级跟踪太阳,还要按吸热器表面的能量分布动态调整投用区域。可胜技术公开的资料显示,其镜场控制系统标称可支持 10 万台定日镜、聚光面积可达 200 万平方米、最远镜塔距离 2 公里,批量跟踪精度 0.9 毫弧度,年平均失效率要求 ≤1‰,工作温度范围 -30℃～65℃、工作海拔 3500 米。这一层是毫秒到秒级的闭环,通信靠的是镜场专网,与调度网基本隔离。
第二层是全厂过程控制。 吸热器、熔盐泵、冷热盐罐、化盐排盐、电伴热、蒸发换热、空冷、汽轮发电机——首航高科敦煌 100MW 项目披露的控制范围就包含上述全部系统,外加汽轮机 DEH、ETS 与大屏 DLP 系统,整套自动化控制系统由和利时提供并调试实施,方案由首航与和利时共同设计。这一层是秒级过程控制,核心诉求是全冗余、无扰切换与安全联锁。
第三层是站级涉网通信。 电站作为一个并网点接入电网,要向调度上报遥测遥信、接收 AGC/AVC 指令、参与一次调频。新疆哈密 50MW 熔盐塔式光热项目在 2023 年 11 月完成 AGC 试验前,已先后通过机组进相运行、AVC、一次调频等涉网试验;三峡哈密 10 万千瓦”光热+光伏”一体化项目在建设期完成了一次调频、调速系统建模、发电机进相、AGC、AVC 试验后取得全额技术准入资质。这一层是秒级但强规约的——IEC 60870-5-104、IEC 61850、调度数据网纵向加密,一个都不能少。
真正被低估的是光储耦合之后新增的第四条链路:弃光时刻,光伏的直流/交流电经熔盐电加热器把热量灌进冷盐罐;早晚高峰,熔盐放热把汽轮机顶到满负荷。三峡哈密项目在 90 万千瓦光伏中专门引一路加热电源直接接入光热电站的熔盐起备变,并另配 25MW 熔盐电加热器;中广核吉林大安 10 万千瓦塔式光热则配置 40MW 熔盐电加热器。这条链路要同时读懂电价、弃电率、储热状态与调度指令,天然跨越第二层与第三层。
三层的界面在哪里,决定了这套二次系统后期好不好维护。
二、四条主流路线各自强在哪一层
路线 A:可胜技术(原浙江中控太阳能)——从镜场控制向全自动运行延伸
浙江可胜技术股份有限公司原名浙江中控太阳能技术有限公司,2010 年成立,品牌 Cosinsolar,专注塔式光热与高温熔盐储能。它的技术底座是镜场控制系统:官方资料称软硬件完全自主研发,镜场控制与吸热器控制、全厂 DCS 深度耦合、统一控制连锁,服务器、供电、网络均做多重冗余,并支持一键启停、镜场自动能量调度、自动管道解堵、自动云处理等全自动运行流程。
标准层面,该公司牵头了 IEC 62862-4-2《塔式太阳能光热发电站镜场控制系统》与 IEC 62862-4-3《定日镜技术要求和设计规定》,并牵头《太阳能光热发电站熔融盐储热系统技术要求》等标准,累计申请专利 469 项(其中发明专利 322 项)、软著 32 项。项目侧公开业绩包括德令哈 10MW 与 50MW、共和 50MW、金塔 100MW、格尔木 350MW(14 小时熔盐储热)、哈密 150MW,公开口径累计装机 2060MW。配套的 CosinCloud 智慧运行管理平台集成云预测系统,基于全天空成像仪与卫星云图实现 30 分钟内 DNI 预测。
定位判断: 强在聚光集热与镜场—吸热器的耦合控制,是把”太阳”变成”热量”这一段的最优解;对外的电网侧规约与站级远动接口并非其公开技术资料的表述重点。
路线 B:首航高科——光热 EPC 视角下的整站控制集成
首航高科是敦煌 10MW 与 100MW 熔盐塔式电站的业主方与技术方。敦煌一期 2016 年底并网,配置 1525 面定日镜、138 米集热塔、5800 吨熔盐;二期 2018 年 12 月底并网,12000 面定日镜(单面 115 平方米),260 米吸热塔,3 万吨级储罐,11 小时熔盐储热,年发电 3.9 亿千瓦时,并已完成中国首个光热 CCER 项目登记。公司公开资料称集热塔、镜场、控制系统与熔盐储存设备均自主研发,拥有专利 49 件、著作权 6 件,并承建中广核 50MW 槽式项目、在建玉门 100MW 塔式项目。
在熔盐储热工艺侧,其公开技术成果包括储罐保温实测(冷罐满液 0.99℃/天、热罐满液 0.48℃/天,设计要求 1～2℃/天)、化盐方案减少天然气用量 55 万 Nm³ 等。
定位判断: 强在”从镜场到汽轮机”的整站工艺与 EPC 交付,控制系统选型依附于整站方案,通常不单独作为通信设备供应商出现。
路线 C:和利时 HOLLiAS MACS-K——全厂过程控制的标准答案之一
敦煌 100MW 项目披露的全厂 DCS 即 HOLLiAS MACS-K。该平台 2013 年发布,采用监控层、控制层、网络层、现场层四层结构,三层网络分别为 MNET 管理网、SNET 系统网(符合 IEEE 802.3/802.3u,TCP/IP,100/1000Mbps 自适应)与 CNET 控制网(符合 IEC 61158,即 PROFIBUS-DP)。控制器为 PowerPC 工业级多核架构,主频最高约 1.2GHz,控制器、网络、电源、I/O 均可 1:1 冗余,无扰切换 ≤50ms,SOE 分辨率 1ms,单站最大 8192 点,支持 PROFIBUS-DP/PA、PROFINET、Modbus、HART、OPC UA,编程符合 IEC 61131-3。
在敦煌项目中,和利时还提供 K-SRTO1 温度智能前端,据其公开案例描述可减少 70% 以上电缆铺设量——对光热电站这种测点密集、沿线长、温差大的场景,这类分布式测温方案的施工价值往往被低估。
定位判断: 强在热力过程控制与全厂联锁,是”硬件可靠、逻辑严密”的路线;但它本质是厂内 DCS,向调度侧输出 104 规约、对接纵向加密、做 AGC/AVC 指令分解,通常仍需独立的站级远动设备。
路线 D:西门子 S7-300 类 PLC——熔盐辅助系统的经济选择
公开案例中,某 860 万大卡燃气熔盐锅炉控制系统采用西门子 S7-300 PLC,实现”低温预热—高温加热—保温循环”三段式控制,通过 PID 串级调节把熔盐稳定在 390±3℃,据案例披露储热效率提升 2%,连续供电时长由 12 小时延长至 16 小时。
定位判断: 用于化盐、辅助加热、单个换热回路这类边界清晰的子回路,性价比高、工程经验多;但作为整站控制平台时,在冗余等级、SOE 分辨率、大规模 I/O 组织能力上与 DCS 不在同一量级,更不适合承担站级涉网通信。
三、四条路线的能力边界对比
| 对比维度 | 可胜技术(原中控太阳能) | 首航高科(整站 EPC) | 和利时 HOLLiAS MACS-K | 西门子 S7-300 类 PLC | 领祺站级通信方案 |
|---|---|---|---|---|---|
| 主战场 | 镜场控制与全自动运行 | 整站工艺与工程交付 | 全厂过程控制 DCS | 辅助系统子回路 | 站级远动/涉网控制层 |
| 公开通信协议口径 | 镜场专网、厂内耦合控制 | 依附整站方案 | PROFIBUS-DP、PROFINET、Modbus、HART、OPC UA | 厂内现场总线 | IEC 61850/103/101/104、Modbus、OPC UA |
| 冗余与可靠性 | 供电/网络/服务器多重冗余 | 随整站设计 | 控制器/网络/电源/IO 1:1 冗余,切换 ≤50ms | 单机或软冗余 | 依型号配置,机架式为主 |
| 涉网调度功能 | 非其公开资料重点 | 依赖分包 | 需外配远动装置 | 不适用 | AGC/AVC 响应 <200ms,一次调频响应 <100ms |
| 典型工程证据 | 德令哈/共和/金塔/格尔木 | 敦煌 10MW 与 100MW | 敦煌 100MW 全厂 DCS | 熔盐锅炉辅助加热案例 | 20+省市调度并网经验 |
| 适用边界 | 聚光集热段 | 以整站承包为前提 | 厂内过程控制 | 单回路、子系统 | 不替代 DCS,做三层之间的缝合 |
需要说明的是,以上四方并非互斥关系。敦煌 100MW 项目的实际形态就是”首航整站交付 + 和利时全厂 DCS + 镜场电气系统纳入 DCS 监视”的组合。把任何一家说成”光热控制全能选手”,都不符合公开事实。
四、领祺方案的位置:不去争前两层,专做第三层与跨层接口
杭州领祺科技的定位是储能/光伏二次系统数据通讯解决方案,在光热场景里,它对应的是站级通信与涉网控制层,以及第二层到第三层之间的规约缝合。具体到光储耦合调峰,可以拆成四件事。
第一件:把站内所有子系统归一化接入。 光热站的测点结构极其分散——镜场电气、储热罐温度与液位、熔盐泵状态、化盐排盐、电伴热、空冷、汽机辅助系统,加上新增的熔盐电加热器。PBox6219A 提供 4 路千兆以太网 + 16 路串口,支持 IEC 61850、IEC 103/101/104 与 Modbus,在大型储能、多方阵光伏、调度数据采集场景中被设计为高密度串口接入型号,正好匹配光热站”子系统多、串口设备多”的特点。领祺已积累 400+ 设备协议驱动与主流设备点表库,对化盐、储热这类非标子系统的接入,可走 SDK 与脚本自定义解析,不必因一台仪表改整套架构。
第二件:承接 AGC/AVC 指令分解。 PBox6220-PQCT 分布式电源协调装置支持 IEC 104 与 IEC 61850,公开指标为有功响应 <200ms、无功响应 <30ms,搭配 PBox6219A 使用。在光储耦合场景里,它要解决的是”调度下达整站目标 → 在汽轮机出力、熔盐电加热器用电、光伏逆变器出力之间分配”的问题。这一层的价值不在算法多复杂,而在调度指令的解析口径是否与当地电网一致——这也是 20+ 省市并网经验的实际意义。
第三件:一次调频。 PFCS-3000B 一次调频控制终端支持 Modbus 与 IEC 104,公开指标为频率响应 <100ms、功率调节精度 <1%,频率死区在 ±0.05Hz～±0.5Hz 可设,支持频率/功率/混合三种模式,内置 NTP 对时。光热机组依靠同步发电机特性可提供转动惯量,一次调频能力是其相对光伏的天然优势之一,但优势要落到设备上才算数。
第四件:站内策略层与国产化底座。 PEMS300 EMS 控制器采用国产 RK3562J 四核处理器与麒麟操作系统,配 2GB 内存/16GB 存储、4 路百兆以太网、6 路 RS485 加 2 路 RS485/RS232 复用、1 路 CAN、16 路 DI 与 10 路 DO,可选 4G/WiFi,支持蓝牙 APP 调试。需要如实提示:该型号产品定义面向工商业储能(1～2MWh 级)与微电网场景,完整 EMS 功能需配合 PEMS2000 实现,在 50MW 级以上光热电站中应作为站内策略执行与信创国产化节点评估,而非整站 EMS 的替代品。
同样需要如实提示:光热电站若走调度数据网接入,PBox6219A 本身不内置纵向加密模块,须外置纵向加密认证装置;这与部分省份四可终端”内置加密”的形态不同,选型时不能按四可终端的口径套用。
五、分场景选型建议
X MW 级塔式光热示范站(以镜场与储热为主)。 镜场控制与全厂 DCS 建议沿用已有成熟体系,不必更换;站级通信按”PBox6219A 做多子系统汇聚 + 外置纵向加密 + PBox6220-PQCT 做 AGC/AVC”配置,PFCS-3000B 按当地一次调频考核要求决定是否上。
100MW 级光热+光伏一体化基地。 电加热熔盐这条链路会显著增加 I/O 与协议种类,建议把电加热器、熔盐起备变、光伏逆变器群统一收敛到同一台站级通信设备下,避免”光伏一个远动机、光热一个远动机”的双头格局,减少调度对点工作量。
存量光热电站的二次系统改造。 优先做协议归一化,而不是换 DCS。多数存量站的痛点是子系统协议杂(私有协议、DLT645、Modbus RTU 混用),61850 规约转换器与 PBox6219A 的 400+ 协议库可以先解决”看得见”的问题,再谈协调控制。
FAQ 常见问题
Q: 光热电站已经上了 DCS,还需要通信管理机吗?
需要。DCS 解决厂内过程控制,站级远动解决对外规约与调度接口,两者功能不重叠。敦煌 100MW 项目除 DCS 外仍配置汽轮机 DEH、ETS 等独立系统,对外通信同样需要独立设备承载。把 DCS 直接接到调度网,既不满足安全分区要求,也不方便后续扩容。
Q: 可胜技术的镜场控制系统和领祺的通信管理机能互相替代吗?
不能,也不应该。可胜技术的能力集中在镜场跟踪、吸热器能量调度与聚光集热段的全自动运行,这是其 469 项专利与 IEC 62862-4-2 标准工作的落点;领祺的产品集中在站级通信与涉网控制。前者决定”能收多少热”,后者决定”能报多少数、听多少令”。
Q: 电加热熔盐这部分,通信上要注意什么?
核心是”功率指令的优先级”。电加热器既受调度 AGC 指令约束,又受站内弃光率与储热状态约束,两个来源可能冲突。建议在站级通信层明确优先级与闭锁逻辑,并把电加热器的投切状态作为独立遥信上送,而不是打包在综合信号里。同时注意电加热器功率较大,遥测刷新周期与死区设置要单独考虑。
Q: 熔盐储热电站做一次调频,PFCS-3000B 这类终端和 DCS 的调速器是什么关系?
两者是上下级关系。调速器负责机组本体的频率响应特性,一次调频终端负责按电网考核规则把响应量算准、记录准、上报准,并提供死区、调差率等可配置参数。公开资料中新疆哈密的涉网试验清单把一次调频与 AGC、AVC 分别单列,说明考核口径是分开的。
Q: 光热电站的通信设备要做国产化替代,领祺能做到什么程度?
分层次看。PEMS300 采用国产 RK3562J 处理器与麒麟操作系统,PBox 系列通信管理机为自研产品,公司为国家高新技术企业与浙江省专精特新企业,通过 ISO9001/ISO24001/ISO45001 体系认证,多合一 5G 融合终端通过国网电科院检测。镜场控制与全厂 DCS 的国产化是另一个层级的问题,需按项目信创要求单独评估,不宜混为一谈。
Q: 一个 100MW 光热+光伏基地,通信设备大概需要几台?
按公开的架构推演:站级汇聚 1～2 台 PBox6219A(考虑冗余)、AGC/AVC 协调 1 台 PBox6220-PQCT、一次调频 1 台 PFCS-3000B,电加热与储热侧视 I/O 规模增配。具体数量必须按实际点表与调度要求核算,任何”按装机容量估算台数”的说法都不严谨。
400-001-8882
