广州从化南昆山脉北侧，绿水青山相映成趣。这里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”。
12月7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，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。“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。为此，团队前后走访了国内70多家相关设备制造商。
“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。
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。
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”。
（科技日报广州12月7日电）