我國(guó)抽水蓄能核心系統(tǒng)首次實(shí)現(xiàn)“芯片級(jí)”自主可控

日前，安裝在廣州抽水蓄能電站7號(hào)機(jī)組的我國(guó)首套300兆瓦抽蓄機(jī)組“芯片級(jí)”自主可控勵(lì)磁系統(tǒng)和調(diào)速器系統(tǒng)已安全穩(wěn)定運(yùn)行30天。這標(biāo)志著南方電網(wǎng)在抽水蓄能成套控制系統(tǒng)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的關(guān)鍵技術(shù)研究應(yīng)用上取得了重大突破，成功推進(jìn)抽水蓄能行業(yè)“全國(guó)產(chǎn)化”由主機(jī)設(shè)備向控制系統(tǒng)延伸，有力增強(qiáng)我國(guó)抽水蓄能產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈的競(jìng)爭(zhēng)力和安全性。

抽水蓄能電站是目前技術(shù)最成熟、經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)、最具大規(guī)模開(kāi)發(fā)條件的電力系統(tǒng)綠色低碳清潔靈活調(diào)節(jié)電源。勵(lì)磁系統(tǒng)和調(diào)速器系統(tǒng)均屬抽水蓄能機(jī)組的核心控制設(shè)備，分別承擔(dān)著電壓和無(wú)功功率、轉(zhuǎn)速和有功功率的調(diào)節(jié)任務(wù)，直接影響機(jī)組發(fā)電的可靠性和電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

控制系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化水平大致可分為“設(shè)備級(jí)”“部件級(jí)”“芯片級(jí)”，其中“芯片級(jí)”的自主可控程度最高，要求整套設(shè)備中的關(guān)鍵元器件及控制芯片均實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)自主可控。而在此前，我國(guó)抽水蓄能電廠在運(yùn)的勵(lì)磁系統(tǒng)、調(diào)速器系統(tǒng)主要元器件均為進(jìn)口設(shè)備，特別是控制系統(tǒng)芯片，均為國(guó)外生產(chǎn)，備品備件更新艱難，控制程序均為“黑匣子”，核心功能優(yōu)化存在“盲區(qū)”，關(guān)鍵技術(shù)面臨“卡脖子”的不利局面。

2021年2月，南網(wǎng)儲(chǔ)能公司啟動(dòng)了抽水蓄能成套控制系統(tǒng)設(shè)備“芯片級(jí)”自主可控的技術(shù)攻關(guān)，先行先試研究應(yīng)用國(guó)產(chǎn)芯片的勵(lì)磁、調(diào)速控制設(shè)備，內(nèi)容涵蓋選型、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、驗(yàn)收、安裝及調(diào)試等各個(gè)環(huán)節(jié)。“基于國(guó)產(chǎn)芯片的勵(lì)磁和調(diào)速系統(tǒng)的成功研制應(yīng)用，將有效解決抽水蓄能電站關(guān)鍵控制系統(tǒng)‘卡脖子’的現(xiàn)狀，打通供給約束的堵點(diǎn)、卡點(diǎn)、脆弱點(diǎn)，有利于我們掌握控制系統(tǒng)核心技術(shù)，助力公司業(yè)務(wù)的發(fā)展，確保整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的安全。控制系統(tǒng)設(shè)備‘芯片級(jí)’自主可控攻關(guān)涉及系統(tǒng)所有控制程序都將重新設(shè)計(jì)編寫(xiě)，會(huì)遇到很多困難和風(fēng)險(xiǎn)，但總得有人邁出這一步。”南網(wǎng)儲(chǔ)能修試公司副總經(jīng)理鞏宇說(shuō)道。

700多天的攻關(guān)過(guò)程中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)先后完成了國(guó)內(nèi)廠家走訪(fǎng)調(diào)研、國(guó)產(chǎn)化替代方案制定、系統(tǒng)研發(fā)設(shè)計(jì)、控制程序源代碼編寫(xiě)、設(shè)備生產(chǎn)組裝、成品檢測(cè)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)施工調(diào)試等工作，每一個(gè)環(huán)節(jié)都在歷經(jīng)多次“考驗(yàn)”之后達(dá)到精益求精。勵(lì)磁系統(tǒng)方面，團(tuán)隊(duì)嚴(yán)格依據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)對(duì)國(guó)產(chǎn)晶閘管進(jìn)行壓接和檢測(cè)，依規(guī)依標(biāo)開(kāi)展國(guó)產(chǎn)直流滅磁開(kāi)關(guān)的裝配以及型式試驗(yàn)，通過(guò)帶發(fā)電機(jī)空載滅磁、交流滅磁、甩負(fù)荷等嚴(yán)苛試驗(yàn)考核了國(guó)產(chǎn)直流滅磁開(kāi)關(guān)和滅磁電阻的性能，創(chuàng)新性地采用全柜TCP傳輸，成套設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和檢測(cè)性能得到了大幅提高，得到了行業(yè)專(zhuān)家評(píng)審組的一致肯定。調(diào)速器系統(tǒng)方面，以系統(tǒng)研發(fā)設(shè)計(jì)為例，團(tuán)隊(duì)不斷優(yōu)化完善控制邏輯，重新開(kāi)發(fā)了控制程序源代碼、攻克了關(guān)鍵軟硬件計(jì)時(shí)器異常、CPU發(fā)熱、多導(dǎo)葉調(diào)節(jié)等多項(xiàng)技術(shù)難題，制造成品最終順利通過(guò)了安全性、抗干擾能力、連續(xù)運(yùn)行穩(wěn)定性等多項(xiàng)性能測(cè)試。

截至2022年底，我國(guó)抽水蓄能在運(yùn)總裝機(jī)容量達(dá)到4500萬(wàn)千瓦，穩(wěn)居世界第一。根據(jù)我國(guó)抽水蓄能中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年），到2030年投產(chǎn)總規(guī)模將達(dá)到1.2億千瓦左右。“通過(guò)實(shí)施本次自主可控應(yīng)用，我們?cè)谡莆障嚓P(guān)核心技術(shù)上贏得了主動(dòng)。項(xiàng)目不僅為我國(guó)抽水蓄能機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)、調(diào)速器系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用提供了示范樣板，還在過(guò)程中總結(jié)出了一套標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，將為我國(guó)抽水蓄能電站核心控制系統(tǒng)的規(guī)模化國(guó)產(chǎn)替代提供重要參考。”南網(wǎng)儲(chǔ)能修試公司電氣二次檢修部主任陳強(qiáng)表示。