大型抽水蓄能电站有了“国产大脑”
据南方电网储能股份有限公司（南网储能）微信公众号12月8日消息，日前，我国自主研制的抽水蓄能成套核心控制系统安全启动超过1500次、累计运行时长超过17000小时，标志抽水蓄能机组4大类核心控制子系统均成功实现了全面国产化。也意味着，我国在抽水蓄能领域达到了关键核心技术的完全自主可控，有力增强了我国能源产业链供应链的安全性。
抽水蓄能成套核心控制系统由计算机监控、调速、励磁、继电保护等4大类子系统组成，被喻为抽水蓄能电站和机组的“大脑”和“神经系统”，其中，计算机监控系统相当于“中枢神经”，调速器和励磁系统是保障电压和频率稳定的“周围神经”，而继电保护系统则是保障系统安全稳定运行的“免疫系统”。
这套系统国产化水平大致可分为“设备级”“部件级”和“芯片级”，其中“芯片级”自主可控水平最高，要求整套设备中的关键技术芯片全部国产。而在此前，我国抽水蓄能电站核心控制系统主要元器件均为进口设备，特别是芯片，均为国外生产，备品备件更新艰难，控制程序均为“黑匣子”，核心功能优化存在“盲区”，关键技术面临“卡脖子”的不利局面。
2021年2月，南网储能公司牵头组建联合研发团队，正式启动抽水蓄能核心控制系统“芯片级”自主可控的研发攻关，全面对抽水蓄能核心控制系统开展元件比选适配、技术功能研发、控制逻辑优化、调试试验等工作；2022年5月，“芯片级”自主可控的继电保护系统率先在惠州抽水蓄能电站5号机组并网试运行；2023年1月，“芯片级”自主可控的调速系统和励磁系统在广州抽水蓄能电站7号机组并网试运行；2023年7月，“芯片级”自主可控的计算机监控系统在惠州抽水蓄能电站并网试运行；2023年4月、9月，调速系统和励磁系统先后通过科技成果鉴定，设备关键性能达到国际领先水平……截至目前，研发团队累计完成重大技术创新40项，其中21项技术填补国内空白。
2023年1月，我国首套全国产化抽水蓄能调速器系统在广蓄抽水蓄能电站机组投用
设备选型：坚信“中国制造”
一定能彻底打破“卡脖子”现状
据统计，抽水蓄能机组4大类核心控制系统，涵盖核心控制器、调节器等206种设备，包含各类元器件近12万个。研发我国完全自主可控的抽水蓄能核心控制系统，无疑是一项“工程浩瀚”的集成创新。设备选型是整个研发工作的第一步，也是决定后续研发环节能否顺利实施的关键一步。
“整个攻关不是别人要我们做，而是我们主动要做，总得有人迈出这一步，支撑我们前行的动力是坚信抽水蓄能领域的‘中国制造’最终一定能彻底打破‘卡脖子’现状”，项目攻关团队总负责人、南网储能检修试验分公司副总经理巩宇感慨地说道。调研技术领域的制造业现状，选择能达到研发合作要求的设备供应商，成为研发初期各攻关小组的共同任务。
计算机监控系统方面，团队对国内可编程控制逻辑器产品的核心处理单元、信号输入输出模块、核心应用服务器等部件进行全方位比选，最终选择了基于龙芯2K1000芯片的NJ600系列可编程控制逻辑器，确保关键元器件充分满足抽水蓄能机组监控系统响应需求。
调速系统方面，面对我国新能源大规模加快并网对抽水蓄能机组提出的更高调速要求，团队聚焦“频率采样精度”这一影响系统核心功能的关键要素，开发研制出比现有进口“0.001Hz”分辨率调速器更高精度等级的“0.0001Hz”分辨率国产调速器。而这“精度前移一个小数点”的背后，是团队解析测频回路解析、设计采样方案、理论验证、比选元器件、设备配合组装及工程验证等历时500余天的技术攻关。
励磁系统方面，直流灭磁开关是励磁系统的核心部件，而此前国内没有适用于300MW抽水蓄能机组的开关产品。团队协同上海立新电器公司组建生产联合攻关小组，从开关绝缘材料选取、模具制作、生产工艺运用等方面全环节把控产品质量，最终研制出LXDM9型开关，各项试验数据达标。
继电保护系统方面，为了让抽水蓄能继保设备芯片依赖进口成为历史，团队成员联合设备厂家深入开展自主可控保护装置的可靠性验证，经过性能测试、动模测试、型式试验、模块化设计，研制出搭载国产自研芯片的PCS-985GM-G自主可控抽水蓄能发电机继电保护装置。
走进项目攻关团队总负责人、南网储能检修试验分公司副总经理巩宇的办公室，国家杰出贡献科学家钱学森的相片醒目入眼，而钱老那句“外国人能搞，我们中国人就不能搞？”也成为了两年多来他与团队成员共勉最多的“加油令”。正是基于“这口气”，核心技术攻关不断取得突破，关键技术部件从无到有，产品核心性能迭代升级。
2023年，在广州、惠州两座抽水蓄能电站，各核心控制子系统成功调试投用后的欢呼声一次又一次响彻厂房上空；运行均超过10年的抽水蓄能机组旁，一套套崭新的国产化控制保护系统屏柜稳固安立，与四周进口设备形成鲜明对比……这些都成为科技自立自强在我国抽水蓄能领域镌刻下的难忘印记。南网储能检修试验分公司党委书记郭小涛表示，“此次关键技术攻关彻底解决了抽水蓄能核心控制系统‘卡脖子’难题，大大提高了设备运行的可靠性和安全性，为新型电力系统建设提供有力支撑。”
截至2023年9月底，我国抽水蓄能在运总装机容量达到5000万千瓦，到2030年投产总规模将达到1.2亿千瓦左右，在运和在建抽水蓄能规模均居世界首位。按照“1台机组1套系统”估算，这套抽水蓄能“国产大脑”的市场容量将达到2500套，市场规模将超过370亿，推广应用空间广阔。