穗企创新力｜大型抽水蓄能电站有了“国产大脑”，21项技术填补国内空白！
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广州从化南昆山脉北侧
建有我国首座大型抽水蓄能电站
广州抽水蓄能电站
今年，该电站投产30年后
新添了个“第一”——
第一次用上了“国产大脑”
近日，记者从南方电网储能股份有限公司（以下简称“南网储能”）获悉，我国自主研制的首套抽水蓄能核心控制系统在广州、惠州两座抽水蓄能电站投运以来，截至记者发稿时（12月8日刊），安全启动已超过1500次、累计运行超过1.7万小时。这标志着抽水蓄能电站4类核心控制子系统均成功实现了全面国产化，有力提高了我国能源产业链供应链的安全性。
改变核心控制系统受制于人局面
抽水蓄能电站是目前技术最成熟的大规模储能方式之一，是保障我国新能源消纳的重要力量。截至今年9月底，我国抽水蓄能在运总装机容量达到5000万千瓦，居世界首位，而到2030年投产总规模将达到1.2亿千瓦左右。
作为抽水蓄能电站的关键设备，抽蓄机组核心控制系统由计算机监控、调速、励磁、继电保护这四大系统组成，被喻为电站的“大脑”。
此前，这个“大脑”一直是我国的短板。尽管我国在抽水蓄能主机设备领域已实现全面国产化，多项技术国际领先，但核心控制系统的关键部件仍依赖进口，备品备件更新艰难，控制程序为“黑匣子”，核心功能优化存在盲区。
以“大脑”中的励磁系统核心部件直流灭磁开关为例，国际标准要求开关机械寿命达到2万次。
▲研发团队对系统板卡进行功能测试。图源：南网储能
“实际上，使用不到1年、开关动作次数不到3000次时，进口部件就发生了问题，厂商经多次催促才出具一份语焉不详的故障报告。”提起此事，南网储能修试公司技术专家闫文斌十分无奈。
“核心控制系统受制于人，是我国抽水蓄能领域实现科技自立自强的最后一块短板。”南网储能修试公司副总经理巩宇说，“我们下定决心啃下这块‘硬骨头’。”
这套系统国产化水平大致可分为“设备级”“部件级”和“元件级”，其中“元件级”自主可控水平最高，要求关键技术元件全部国产。
2021年2月，南网储能牵头组建研发团队，选取广州、惠州两座抽水蓄能电站为平台，开展四大系统的“元件级”国产设备研发。
“排兵布阵”攻克多项关键技术
“虽然一直盼着拥有‘国产大脑’，但真迈开这一步，心里特别虚。”南网储能修试公司自动化部总经理杨铭轩告诉记者，毕竟一个“大脑”涵盖核心控制器、调节器等206种设备，涉及近12万个元件。
设备选型是研发的第一步，也是决定后续环节能否实施的关键。“我们必须挑选出最合格的元件‘队员’，才能组建起一支‘足球队’。”杨铭轩打了一个比方。
“足球队”组建起来了，如何根据“队员”的“身体素质”和“技术水平”进行“排兵布阵”，着实考验着团队。为此，团队前后走访了国内70多家相关设备制造商。
▲2021年2月起，为做好核心控制系统的设备选型，研发团队前后走访了国内70多家相关的设备制造商。图源：南网储能
面对我国新能源大规模并网对抽蓄机组提出的更高调速要求，团队自主研制出0.0001赫兹（Hz）分辨率国产调速器，精度等级比进口0.001Hz分辨率调速器更高。精度前移一个小数点的背后，是团队历时500余天攻克测频回路解析等关键技术的艰难创新。
励磁系统是保障电压和无功功率稳定的关键。目前我国直流励磁系统的关键设备——直流灭磁开关95%以上采用进口设备，没有适用于300兆瓦抽蓄机组的国产产品。
“常规的直流灭磁开关机械寿命约为1000次，而抽蓄机组要求至少2万次，对开关体积、磁保持、模块化组装等有着极其严苛的技术要求。”励磁系统研发负责人陈强介绍。
团队与上海立新电器合作，把控绝缘材料选取、模具制作、生产工艺运用等全环节质量，用时一年终于研制出符合要求的直流灭磁开关。
整套设备性能达到国际领先水平
安装调试是直流灭磁开关投用前的“临门一脚”，整个励磁系统的国产化成败在此一举。
今年1月11日晚上10时，试验正式开始。在设置好所有的试验接线和录波仪器后，团队撤离至远处，“几乎是屏气敛息、提心吊胆”。当试验数据、装置部件检查结果合格了，团队才敢松一口气。
▲2023年1月，我国首套全国产化抽水蓄能调速器系统在广州抽水蓄能电站机组投用。图源：南网储能
两年多来，团队咬紧牙关，逐一取得了40项重大技术创新，21项技术填补国内空白，其中调速系统和励磁系统已通过成果鉴定，设备性能达到国际领先水平。
随着继电保护、励磁、调速器、计算机监控四大系统的国产设备相继在两座抽水蓄能电站投运，我国抽水蓄能电站终于用上自主研发的“国产大脑”。经应用检验，新系统完全满足机组运行需求，多个方面性能优于进口设备。
“攻克抽水蓄能核心控制系统技术，实现整套设备自主可控，是我们主动要做的事，总得有人迈出这一步。而支撑我们前行的动力源于对‘中国制造’的信心。”巩宇语气坚定。
未来，南方电网将在所属7座已投运抽水蓄能电站的30多台机组陆续推广使用“国产大脑”。
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