南方電網(wǎng)抽水蓄能電站核心控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全面國(guó)產(chǎn)化

發(fā)布日期：2023-12-14 瀏覽次數(shù)：2902

2023年1月，南網(wǎng)儲(chǔ)能公司修試分公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)開(kāi)展廣州抽水蓄能電站7號(hào)機(jī)組的勵(lì)磁系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)調(diào)試工作。 (資料圖片)

廣州從化南昆山脈北側(cè)，綠水青山相映成趣。這里建有我國(guó)首座大型抽水蓄能電站——廣州抽水蓄能電站。今年，該電站投產(chǎn)30年后再添“第一”——第一次用上了“國(guó)產(chǎn)大腦”。

2022年5月起，我國(guó)自主研制的首套抽水蓄能核心控制系統(tǒng)陸續(xù)在廣州、惠州兩座抽水蓄能電站投運(yùn)，截至12月7日，安全啟動(dòng)已超過(guò)1500次、累計(jì)運(yùn)行超過(guò)1.7萬(wàn)小時(shí)。這標(biāo)志著抽水蓄能電站四大核心控制子系統(tǒng)均成功實(shí)現(xiàn)了全面國(guó)產(chǎn)化，有力提高了我國(guó)能源產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈的安全性。

改變核心控制系統(tǒng)受制于人的局面

抽水蓄能電站是目前國(guó)內(nèi)技術(shù)最成熟的大規(guī)模儲(chǔ)能方式之一，是保障我國(guó)新能源消納的重要力量。作為抽水蓄能電站的關(guān)鍵設(shè)備，抽蓄機(jī)組核心控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)監(jiān)控、調(diào)速、勵(lì)磁、繼電保護(hù)這四大系統(tǒng)組成，被喻為抽水蓄能電站的“大腦”。

相比于水電站，作為靈活調(diào)節(jié)電源的抽水蓄能電站，其核心控制系統(tǒng)的工況更為復(fù)雜，起停更加頻繁，需要實(shí)現(xiàn)的功能更多，對(duì)精度和可靠性的要求更高，研發(fā)生產(chǎn)的難度量級(jí)更高。

此前，這個(gè)“大腦”一直是我國(guó)的短板。盡管我國(guó)在抽水蓄能主機(jī)設(shè)備領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)全面國(guó)產(chǎn)化，多項(xiàng)技術(shù)國(guó)際領(lǐng)先，但核心控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件仍依賴(lài)進(jìn)口，備品備件更新艱難，控制程序?yàn)?ldquo;黑匣子”，核心功能優(yōu)化存在盲區(qū)。

以“大腦”中的勵(lì)磁系統(tǒng)核心部件直流滅磁開(kāi)關(guān)為例，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)要求開(kāi)關(guān)機(jī)械壽命達(dá)到2萬(wàn)次。“實(shí)際上，使用不到1年、開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數(shù)不到3000次時(shí)，進(jìn)口部件就發(fā)生了問(wèn)題，經(jīng)我們多次催促，廠商才出具一份語(yǔ)焉不詳?shù)墓收蠄?bào)告。”提起此事，南網(wǎng)儲(chǔ)能公司檢修試驗(yàn)分公司高級(jí)作業(yè)員、二級(jí)專(zhuān)業(yè)技術(shù)專(zhuān)家閆文斌十分無(wú)奈。

“核心控制系統(tǒng)受制于人，是我國(guó)抽水蓄能領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)科技自立自強(qiáng)的最后一塊短板。”南網(wǎng)儲(chǔ)能公司檢修試驗(yàn)分公司副總經(jīng)理鞏宇說(shuō)，“我們下定決心啃下這塊‘硬骨頭’。”

這套系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化水平大致可分為“設(shè)備級(jí)”“部件級(jí)”和“芯片級(jí)”，其中“芯片級(jí)”自主可控水平最高，要求關(guān)鍵技術(shù)元件全部國(guó)產(chǎn)。2021年2月，南網(wǎng)儲(chǔ)能公司牽頭組建聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊(duì)，對(duì)抽水蓄能核心控制系統(tǒng)開(kāi)展元件比選適配、技術(shù)功能研發(fā)、控制邏輯優(yōu)化、調(diào)試試驗(yàn)等大量工作，完成重大技術(shù)創(chuàng)新40項(xiàng)，其中21項(xiàng)技術(shù)填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，整套設(shè)備性能達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

“排兵布陣”攻克多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)

南網(wǎng)儲(chǔ)能公司選取廣州、惠州兩座抽水蓄能電站為平臺(tái)，瞄準(zhǔn)四大核心控制子系統(tǒng)的“芯片級(jí)”國(guó)產(chǎn)化設(shè)備進(jìn)行研制。

“雖然一直盼著擁有‘國(guó)產(chǎn)大腦’，但真邁開(kāi)這一步，心里特別虛。”南網(wǎng)儲(chǔ)能公司檢修試驗(yàn)分公司自動(dòng)化檢修部總經(jīng)理?xiàng)钽戃幗榻B，畢竟一個(gè)“大腦”涵蓋核心控制器、調(diào)節(jié)器等206種設(shè)備，涉及近12萬(wàn)個(gè)元件。

設(shè)備選型是研發(fā)的第一步，也是決定后續(xù)環(huán)節(jié)能否實(shí)施的關(guān)鍵。“我們必須挑選出最合格的元件‘隊(duì)員’，才能組建起一支‘足球隊(duì)’。”楊銘軒打了一個(gè)比方。為此，研發(fā)團(tuán)隊(duì)前后走訪了國(guó)內(nèi)70多家相關(guān)設(shè)備制造商。

“足球隊(duì)”組建起來(lái)了，如何根據(jù)“隊(duì)員”的“身體素質(zhì)”和“技術(shù)水平”進(jìn)行“排兵布陣”，著實(shí)考驗(yàn)著研發(fā)團(tuán)隊(duì)。

面對(duì)我國(guó)新能源大規(guī)模并網(wǎng)對(duì)抽蓄機(jī)組提出的更高調(diào)速要求，研發(fā)團(tuán)隊(duì)自主研制出0.0001赫茲分辨率國(guó)產(chǎn)調(diào)速器，精度等級(jí)比進(jìn)口0.001赫茲分辨率調(diào)速器更高。精度前移一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的背后，是團(tuán)隊(duì)歷時(shí)500余天攻克測(cè)頻回路解析等關(guān)鍵技術(shù)的艱難創(chuàng)新。

勵(lì)磁系統(tǒng)是保障電壓和無(wú)功功率穩(wěn)定的關(guān)鍵。目前我國(guó)直流勵(lì)磁系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備——直流滅磁開(kāi)關(guān)95%以上采用進(jìn)口設(shè)備，沒(méi)有適用于300兆瓦抽蓄機(jī)組的國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品。

“常規(guī)的直流滅磁開(kāi)關(guān)機(jī)械壽命約為1000次，而抽蓄機(jī)組要求至少2萬(wàn)次，對(duì)開(kāi)關(guān)體積、磁保持、模塊化組裝等有著極其嚴(yán)苛的技術(shù)要求。”南網(wǎng)儲(chǔ)能公司檢修試驗(yàn)分公司電氣二次檢修部陳強(qiáng)介紹，團(tuán)隊(duì)與上海立新電器合作，把控絕緣材料選取、模具制作、生產(chǎn)工藝運(yùn)用等全環(huán)節(jié)質(zhì)量，用時(shí)一年終于研制出符合要求的直流滅磁開(kāi)關(guān)。“這是一項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)，在抽蓄發(fā)電機(jī)組甩滿(mǎn)負(fù)荷試驗(yàn)中，國(guó)產(chǎn)開(kāi)關(guān)各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格，標(biāo)志著勵(lì)磁系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化取得成功。”陳強(qiáng)說(shuō)。

整套設(shè)備性能達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平

安裝調(diào)試是直流滅磁開(kāi)關(guān)投用前的“臨門(mén)一腳”，整個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化成敗在此一舉。

今年1月11日22時(shí)，試驗(yàn)正式開(kāi)始。在設(shè)置好所有的試驗(yàn)接線和錄波儀器后，研發(fā)團(tuán)隊(duì)撤離至遠(yuǎn)處，“幾乎是屏氣斂息、提心吊膽。”當(dāng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)、裝置部件檢查結(jié)果合格了，團(tuán)隊(duì)才敢松一口氣。

兩年多來(lái)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)咬緊牙關(guān)，逐一取得了40項(xiàng)重大技術(shù)創(chuàng)新、21項(xiàng)技術(shù)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，其中調(diào)速系統(tǒng)和勵(lì)磁系統(tǒng)已通過(guò)成果鑒定，設(shè)備性能達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

隨著繼電保護(hù)、勵(lì)磁、調(diào)速器、計(jì)算機(jī)監(jiān)控四大系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)設(shè)備相繼在兩座抽水蓄能電站投運(yùn)，我國(guó)抽水蓄能電站終于用上自主研發(fā)的“國(guó)產(chǎn)大腦”。經(jīng)應(yīng)用檢驗(yàn)，新系統(tǒng)完全滿(mǎn)足機(jī)組運(yùn)行需求，多個(gè)方面性能優(yōu)于進(jìn)口設(shè)備。

“攻克抽水蓄能核心控制系統(tǒng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)整套設(shè)備自主可控，是我們主動(dòng)要做的事，總得有人邁出這一步。而支撐我們前行的動(dòng)力源于對(duì)‘中國(guó)制造’的信心。”鞏宇語(yǔ)氣堅(jiān)定。

據(jù)了解，南網(wǎng)儲(chǔ)能公司正在所屬7座已投運(yùn)抽水蓄能電站的30多臺(tái)機(jī)組中陸續(xù)部署“國(guó)產(chǎn)大腦”。

(黃昉)

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