大型抽水蓄能電站有了“國產大腦”

　　廣州從化南昆山脈北側，綠水青山相映成趣。這里建有我國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30年后新添了個“第一”——第一次用上了“國產大腦”。

　　12月7日，記者從南方電網儲能股份有限公司(以下簡稱“南網儲能”)獲悉，我國自主研制的首套抽水蓄能核心控制系統(tǒng)在廣州、惠州兩座抽水蓄能電站投運以來，截至記者發(fā)稿時，安全啟動已超過1500次、累計運行超過1.7萬小時。這標志著抽水蓄能電站4類核心控制子系統(tǒng)均成功實現了全面國產化，有力提高了我國能源產業(yè)鏈供應鏈的安全性。

　　改變核心控制系統(tǒng)受制于人局面

　　抽水蓄能電站是目前技術最成熟的大規(guī)模儲能方式之一，是保障我國新能源消納的重要力量。截至今年9月底，我國抽水蓄能在運總裝機容量達到5000萬千瓦，居世界首位，而到2030年投產總規(guī)模將達到1.2億千瓦左右。

　　作為抽水蓄能電站的關鍵設備，抽蓄機組核心控制系統(tǒng)由計算機監(jiān)控、調速、勵磁、繼電保護這四大系統(tǒng)組成，被喻為電站的“大腦”。

　　此前，這個“大腦”一直是我國的短板。盡管我國在抽水蓄能主機設備領域已實現全面國產化，多項技術國際領先，但核心控制系統(tǒng)的關鍵部件仍依賴進口，備品備件更新艱難，控制程序為“黑匣子”，核心功能優(yōu)化存在盲區(qū)。

　　以“大腦”中的勵磁系統(tǒng)核心部件直流滅磁開關為例，國際標準要求開關機械壽命達到2萬次。“實際上，使用不到1年、開關動作次數不到3000次時，進口部件就發(fā)生了問題，廠商經多次催促才出具一份語焉不詳的故障報告。”提起此事，南網儲能修試公司技術專家閆文斌十分無奈。

　　“核心控制系統(tǒng)受制于人，是我國抽水蓄能領域實現科技自立自強的最后一塊短板。”南網儲能修試公司副總經理鞏宇說，“我們下定決心啃下這塊‘硬骨頭’。”

　　這套系統(tǒng)國產化水平大致可分為“設備級”“部件級”和“元件級”，其中“元件級”自主可控水平最高，要求關鍵技術元件全部國產。

　　2021年2月，南網儲能牽頭組建研發(fā)團隊，選取廣州、惠州兩座抽水蓄能電站為平臺，開展四大系統(tǒng)的“元件級”國產設備研發(fā)。

　　“排兵布陣”攻克多項關鍵技術

　　“雖然一直盼著擁有‘國產大腦’，但真邁開這一步，心里特別虛。”南網儲能修試公司自動化部總經理楊銘軒告訴記者，畢竟一個“大腦”涵蓋核心控制器、調節(jié)器等206種設備，涉及近12萬個元件。

　　設備選型是研發(fā)的第一步，也是決定后續(xù)環(huán)節(jié)能否實施的關鍵。“我們必須挑選出最合格的元件‘隊員’，才能組建起一支‘足球隊’。”楊銘軒打了一個比方。為此，團隊前后走訪了國內70多家相關設備制造商。

　　“足球隊”組建起來了，如何根據“隊員”的“身體素質”和“技術水平”進行“排兵布陣”，著實考驗著團隊。

　　面對我國新能源大規(guī)模并網對抽蓄機組提出的更高調速要求，團隊自主研制出0.0001赫茲(Hz)分辨率國產調速器，精度等級比進口0.001Hz分辨率調速器更高。精度前移一個小數點的背后，是團隊歷時500余天攻克測頻回路解析等關鍵技術的艱難創(chuàng)新。

　　勵磁系統(tǒng)是保障電壓和無功功率穩(wěn)定的關鍵。目前我國直流勵磁系統(tǒng)的關鍵設備——直流滅磁開關95%以上采用進口設備，沒有適用于300兆瓦抽蓄機組的國產產品。

　　“常規(guī)的直流滅磁開關機械壽命約為1000次，而抽蓄機組要求至少2萬次，對開關體積、磁保持、模塊化組裝等有著極其嚴苛的技術要求。”勵磁系統(tǒng)研發(fā)負責人陳強介紹，團隊與上海立新電器合作，把控絕緣材料選取、模具制作、生產工藝運用等全環(huán)節(jié)質量，用時一年終于研制出符合要求的直流滅磁開關。

　　整套設備性能達到國際領先水平

　　安裝調試是直流滅磁開關投用前的“臨門一腳”，整個勵磁系統(tǒng)的國產化成敗在此一舉。

　　今年1月11日晚上10時，試驗正式開始。在設置好所有的試驗接線和錄波儀器后，團隊撤離至遠處，“幾乎是屏氣斂息、提心吊膽”。當試驗數據、裝置部件檢查結果合格了，團隊才敢松一口氣。

　　兩年多來，團隊咬緊牙關，逐一取得了40項重大技術創(chuàng)新，21項技術填補國內空白，其中調速系統(tǒng)和勵磁系統(tǒng)已通過成果鑒定，設備性能達到國際領先水平。

　　隨著繼電保護、勵磁、調速器、計算機監(jiān)控四大系統(tǒng)的國產設備相繼在兩座抽水蓄能電站投運，我國抽水蓄能電站終于用上自主研發(fā)的“國產大腦”。經應用檢驗，新系統(tǒng)完全滿足機組運行需求，多個方面性能優(yōu)于進口設備。

　　“攻克抽水蓄能核心控制系統(tǒng)技術，實現整套設備自主可控，是我們主動要做的事，總得有人邁出這一步。而支撐我們前行的動力源于對‘中國制造’的信心。”鞏宇語氣堅定。

　　未來，南方電網將在所屬7座已投運抽水蓄能電站的30多臺機組陸續(xù)推廣使用“國產大腦”。

　　來源：科技日報 記者葉 青 通訊員黃 昉