南方電網抽水蓄能電站核心控制系統實現全面國產化
大型抽水蓄能電站有了“國產大腦”

信息來源:南方電網報  發布時間:2023-12-12

  2023年1月,我國首套全國產化抽水蓄能調速器系統在廣州抽水蓄能電站投用。(資料圖片)

  2023年1月,南網儲能公司修試分公司研發團隊開展廣州抽水蓄能電站7號機組的勵磁系統現場動態調試工作。 (資料圖片)

  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年后再添“第一”——第一次用上了“國產大腦”。

  2022年5月起,我國自主研制的首套抽水蓄能核心控制系統陸續在廣州、惠州兩座抽水蓄能電站投運,截至12月7日,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四大核心控制子系統均成功實現了全面國產化,有力提高了我國能源產業鏈供應鏈的安全性。

  改變核心控制系統受制于人的局面

  抽水蓄能電站是目前國內技術最成熟的大規模儲能方式之一,是保障我國新能源消納的重要力量。作為抽水蓄能電站的關鍵設備,抽蓄機組核心控制系統由計算機監控、調速、勵磁、繼電保護這四大系統組成,被喻為抽水蓄能電站的“大腦”。

  相比于水電站,作為靈活調節電源的抽水蓄能電站,其核心控制系統的工況更為復雜,起停更加頻繁,需要實現的功能更多,對精度和可靠性的要求更高,研發生產的難度量級更高。

  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”,核心功能優化存在盲區。

  以“大腦”中的勵磁系統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?!皩嶋H上,使用不到1年、開關動作次數不到3000次時,進口部件就發生了問題,經我們多次催促,廠商才出具一份語焉不詳的故障報告?!碧崞鸫耸?,南網儲能公司檢修試驗分公司高級作業員、二級專業技術專家閆文斌十分無奈。

  “核心控制系統受制于人,是我國抽水蓄能領域實現科技自立自強的最后一塊短板?!蹦暇W儲能公司檢修試驗分公司副總經理鞏宇說,“我們下定決心啃下這塊‘硬骨頭’?!?/p>

  這套系統國產化水平大致可分為“設備級”“部件級”和“芯片級”,其中“芯片級”自主可控水平最高,要求關鍵技術元件全部國產。2021年2月,南網儲能公司牽頭組建聯合研發團隊,對抽水蓄能核心控制系統開展元件比選適配、技術功能研發、控制邏輯優化、調試試驗等大量工作,完成重大技術創新40項,其中21項技術填補國內空白,整套設備性能達到國際領先水平。

  “排兵布陣”攻克多項關鍵技術

  南網儲能公司選取廣州、惠州兩座抽水蓄能電站為平臺,瞄準四大核心控制子系統的“芯片級”國產化設備進行研制。

  “雖然一直盼著擁有‘國產大腦’,但真邁開這一步,心里特別虛?!蹦暇W儲能公司檢修試驗分公司自動化檢修部總經理楊銘軒介紹,畢竟一個“大腦”涵蓋核心控制器、調節器等206種設備,涉及近12萬個元件。

  設備選型是研發的第一步,也是決定后續環節能否實施的關鍵?!拔覀儽仨毺暨x出最合格的元件‘隊員’,才能組建起一支‘足球隊’?!睏钽戃幋蛄艘粋€比方。為此,研發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”,著實考驗著研發團隊。

  面對我國新能源大規模并網對抽蓄機組提出的更高調速要求,研發團隊自主研制出0.0001赫茲分辨率國產調速器,精度等級比進口0.001赫茲分辨率調速器更高。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新。

  勵磁系統是保障電壓和無功功率穩定的關鍵。目前我國直流勵磁系統的關鍵設備——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?!蹦暇W儲能公司檢修試驗分公司電氣二次檢修部陳強介紹,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節質量,用時一年終于研制出符合要求的直流滅磁開關?!斑@是一項關鍵核心技術攻關,在抽蓄發電機組甩滿負荷試驗中,國產開關各項試驗數據合格,標志著勵磁系統國產化取得成功?!标悘娬f。

  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”,整個勵磁系統的國產化成敗在此一舉。

  今年1月11日22時,試驗正式開始。在設置好所有的試驗接線和錄波儀器后,研發團隊撤離至遠處,“幾乎是屏氣斂息、提心吊膽?!碑斣囼灁祿?、裝置部件檢查結果合格了,團隊才敢松一口氣。

  兩年多來,研發團隊咬緊牙關,逐一取得了40項重大技術創新、21項技術填補了國內空白,其中調速系統和勵磁系統已通過成果鑒定,設備性能達到國際領先水平。

  隨著繼電保護、勵磁、調速器、計算機監控四大系統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的“國產大腦”。經應用檢驗,新系統完全滿足機組運行需求,多個方面性能優于進口設備。

  “攻克抽水蓄能核心控制系統技術,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?!膘栍钫Z氣堅定。

  據了解,南網儲能公司正在所屬7座已投運抽水蓄能電站的30多臺機組中陸續部署“國產大腦”。

  (黃昉)

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