南网储能，为抽水蓄能装上“中国大脑” | 探访新质生产力先锋系列
2024-11-18 17:00:00 探访新质生产力先锋-南网储能 中国水电装机规模再次刷新纪录。据国家能源局数据，截至2024年9月底，中国水电累计装机容量达到4.3亿千瓦，较2023年同期增长2.6%。其中，抽水蓄能装机量为5591万千瓦，同比增速约12%，再创新高。 中国抽水蓄能产业起步较晚，但发展迅速。自2016年起装机规模已连续八年稳居世界第一，到2023年底在全球的占比接近三成。 不过，此前抽水蓄能的核心控制系统主要依赖进口，而南网储能的一支团队试图通过自主研发打破这一局面——2021年，南网储能启动中国首套“芯片级”自主可控抽水蓄能核心控制系统的研制。2024年9月，这套系统被正式纳入中国工业和信息化部《首台（套）重大技术装备推广应用指导目录（2024年版）》。 抽水蓄能电站可在电力负荷低谷期将下水库的水抽到上水库蓄能，并在电力负荷高峰期将水放至下水库发电。随着电力的绿色转型，稳定性较弱的新能源发电快速崛起，对电力系统的调峰、调频等能力提出了更高的要求。 在南网储能检修试验分公司自动化检修部总经理杨铭轩看来，核心控制系统可视为抽水蓄能电站的“大脑”，对整个产业的安全发展至关重要。 杨铭轩2009年加入南方电网，从班组一线员工起步，逐步成长为该核心控制系统的研发负责人之一。目前，这套核心控制系统通过四十多项技术创新，已达到国际领先水平。例如，南网储能最新研发的数智调速器，做到了比进口设备功耗减少50%，启动速度提高20%。 同时，作为主要负责人之一，杨铭轩也在积极推进抽水蓄能数字化运维平台的建设，2022年带领团队研发完成人工智能大数据分析系统XS-1000D，通过实时监测南网储能各电站约35万个数据测点，实现对设备状态的全面感知和判断。 瞄准需求痛点 南方周末：2021年，你带领团队开发出“芯片级”自主可控的抽水蓄能核心控制系统。项目启动是有怎样的契机？ 杨铭轩：核心控制系统主要包括计算机监控、调速器、励磁系统和继电保护，涵盖两百多种设备、10万多个元件，被喻为抽水蓄能电站的“大脑”。 我们可以把电站的机组想象成一个人，这个人“转起来”就能发电。这一过程中，计算机监控系统起到中枢神经的作用；调速系统和励磁系统相当于人的“四肢”，用来调节电网负荷，保障电能供应；继电保护则是“免疫器官”，实时监控整个系统的运行情况。 过去，国内抽水储能核心控制系统主要依赖国外厂商，面临“卡脖子”的痛点，因此催生出国产化的需求。我们作为生产一线部门，深知“卡脖子”的痛处，2019年向公司提出自主研发的想法并立项，2020年开始启动研发相关工作。 南方周末：“卡脖子”具体是指什么？ 杨铭轩：最直观的就是，在实现自主可控之前，这些控制系统一旦出现问题，我们必须和国外公司沟通。由于工作时区和习惯不同，大家遇到突发事件时也只能通过邮件联系对方，收到回复往往是在24小时之后。如果遇到当地罢工，对方甚至不会反馈，对我们的生产运行产生很大影响。 南方周末：核心控制系统的研发，你们具体如何推进？ 杨铭轩：我们部门主要牵头计算机监控系统和调速系统，包括前期确定目标、走访调研，中期研发、生产，以及后期测试和验证的全流程。 首先，我们对整套系统进行分解，争取小到一个端子排、一个元器件都能实现自主可控。明确目标后，团队走访国内主要厂商，考察他们的研发能力和产品参数，进行设备选型，这一过程大概持续半年左右。 之后，我们成立了“联合攻关团队”，共同探讨研发、生产过程。例如，调速系统最重要的性能之一就是频率采样的精度，最终用于控制、调节机组的频率（50赫兹），而该性能实现相关技术的突破难度是比较大的，需要团队反复沟通磨合。 接下来，我们会对联合研发制造的调速器产品进行出厂测试，验证其性能是否可以达到相关标准；最后，这些设备会被运送至电站进行真实应用，以确保其能安全、可靠地实现各项控制功能，稳定输出电能。 南方周末：从确定目标到测试验证，主要有哪些挑战？ 杨铭轩：这里最核心的难点就是，我们的研发工作都是从头开始，没有先例可以参考，只能基于已有的知识和经验开展攻关。 比如在研发测试环节，经常会遇到一些突发状况。在首台机组调速系统工程应用现场，测试过程中就突发了计时器功能异常，导致设备状态紊乱，无法正常运行。为此我们进行了连续三四天的模拟测试和研发分析，最终解决了这一问题。 在整个核心控制系统的研发过程中，类似情况非常多，贯穿于研发、调试、测试的全过程。此外，团队成员之间的磨合也需要时间和耐心，这样才能打造出更加优秀的产品。 南方周末： 联合攻关团队怎么磨合？ 杨铭轩：本次核心控制系统研发攻关的任务还是很艰巨的，因此协作分工非常重要。为了推动团队协作有序高效，一方面，我们以系统为基本单元成立四个研发小组，开展软件设计、代码开发、产品组装等，各个小组的工作同步启动、同步开展。 另一方面，团队根据问题优先策略推进项目进度。当研发团队产生分歧时，我们会尽快确定优先级，以确认和处理分歧。比如在研制调速系统时，其中一个控制策略中涉及“效率优先”和“可靠优先”两种思路，大家展开激烈讨论，最终找到综合效率和安全的平衡点，消除了分歧。 迈向数字化的未来 南方周末：在电站运维之外，你还是数字化工作的负责人之一，能否分享你们在这方面的进展？ 杨铭轩：对于抽水蓄能电站，南网储能的目标就是将其建设成为真正的“数字电厂”，2018年左右就启动了相应的建设工作。经过多年的摸索实践，我们实现了各电厂所有数据的可观可测，在2022-2023年建成了国内首个抽水蓄能电站群设备状态大数据分析系统XS-1000D，集成了7座抽水蓄能电站、34台机组设备、超过35万个测点数据，实现了数据智能巡检、状态智能诊断。 目前，在数字化团队的努力下，系统已经升级为2.0版本，关键数据精度升级到毫秒级水平，算法更加智能、覆盖范围更加广泛、故障预测更加准确。 南方周末：这套分析系统，具体效用如何？ 杨铭轩：比如2023年5月，XS-1000D自动发现了阳蓄电厂三号机组偶然有同期时间偏长的情况，这种现象看起来似乎很“随机”，故障很隐蔽。随后，我们前往现场排查，发现同期合闸继电器信号偶然抖动，继电器线圈已经烧损发黑，进一步分析判断，原因为机组安装时该继电器线圈的正负端子底座反向，造成工作状态不稳定。如果机组长期运行下去，会造成无法正常并网等严重的事件。通过大数据分析，我们就可以提前发现类似的很小的变化，从而提前介入处置。 2024年4月，我们通过这套分析系统发现清远抽水蓄能电站一号机组定子线圈14号测点平均温度比其他传感器要高，有时平均温差达到10度。我们现场排查发现是温度传感器故障所致，并及时进行了处理，避免了温度过高导致机组运行跳机等严重事件。 南方周末：现在人工智能涌入数字化平台，将给储能发电行业带来哪些变化？ 杨铭轩：人工智能驱动数字化平台升级，也在推动储能行业的更新变革。随着大数据分析智能化的不断深入，AI设备状态分析将更加精准，电站设备将由传统线下人工管理向线上智能管理转变，运维模式也在发生深刻变化，集约化和专业化效益将更加明显。 未来，公司的数字化团队将持续推动人工智能技术的应用，实现更加便捷的分析功能和应用，为行业变革提供不竭的动力。 • （南方周末研究员谯雅馨对此文亦有贡献）
探访新质生产力先锋-南网储能
中国水电装机规模再次刷新纪录。据国家能源局数据，截至2024年9月底，中国水电累计装机容量达到4.3亿千瓦，较2023年同期增长2.6%。其中，抽水蓄能装机量为5591万千瓦，同比增速约12%，再创新高。
中国抽水蓄能产业起步较晚，但发展迅速。自2016年起装机规模已连续八年稳居世界第一，到2023年底在全球的占比接近三成。
不过，此前抽水蓄能的核心控制系统主要依赖进口，而南网储能的一支团队试图通过自主研发打破这一局面——2021年，南网储能启动中国首套“芯片级”自主可控抽水蓄能核心控制系统的研制。2024年9月，这套系统被正式纳入中国工业和信息化部《首台（套）重大技术装备推广应用指导目录（2024年版）》。
抽水蓄能电站可在电力负荷低谷期将下水库的水抽到上水库蓄能，并在电力负荷高峰期将水放至下水库发电。随着电力的绿色转型，稳定性较弱的新能源发电快速崛起，对电力系统的调峰、调频等能力提出了更高的要求。
在南网储能检修试验分公司自动化检修部总经理杨铭轩看来，核心控制系统可视为抽水蓄能电站的“大脑”，对整个产业的安全发展至关重要。
杨铭轩2009年加入南方电网，从班组一线员工起步，逐步成长为该核心控制系统的研发负责人之一。目前，这套核心控制系统通过四十多项技术创新，已达到国际领先水平。例如，南网储能最新研发的数智调速器，做到了比进口设备功耗减少50%，启动速度提高20%。
同时，作为主要负责人之一，杨铭轩也在积极推进抽水蓄能数字化运维平台的建设，2022年带领团队研发完成人工智能大数据分析系统XS-1000D，通过实时监测南网储能各电站约35万个数据测点，实现对设备状态的全面感知和判断。
瞄准需求痛点
南方周末：2021年，你带领团队开发出“芯片级”自主可控的抽水蓄能核心控制系统。项目启动是有怎样的契机？
杨铭轩：核心控制系统主要包括计算机监控、调速器、励磁系统和继电保护，涵盖两百多种设备、10万多个元件，被喻为抽水蓄能电站的“大脑”。
我们可以把电站的机组想象成一个人，这个人“转起来”就能发电。这一过程中，计算机监控系统起到中枢神经的作用；调速系统和励磁系统相当于人的“四肢”，用来调节电网负荷，保障电能供应；继电保护则是“免疫器官”，实时监控整个系统的运行情况。
过去，国内抽水储能核心控制系统主要依赖国外厂商，面临“卡脖子”的痛点，因此催生出国产化的需求。我们作为生产一线部门，深知“卡脖子”的痛处，2019年向公司提出自主研发的想法并立项，2020年开始启动研发相关工作。
南方周末：“卡脖子”具体是指什么？
杨铭轩：最直观的就是，在实现自主可控之前，这些控制系统一旦出现问题，我们必须和国外公司沟通。由于工作时区和习惯不同，大家遇到突发事件时也只能通过邮件联系对方，收到回复往往是在24小时之后。如果遇到当地罢工，对方甚至不会反馈，对我们的生产运行产生很大影响。
南方周末：核心控制系统的研发，你们具体如何推进？
杨铭轩：我们部门主要牵头计算机监控系统和调速系统，包括前期确定目标、走访调研，中期研发、生产，以及后期测试和验证的全流程。
首先，我们对整套系统进行分解，争取小到一个端子排、一个元器件都能实现自主可控。明确目标后，团队走访国内主要厂商，考察他们的研发能力和产品参数，进行设备选型，这一过程大概持续半年左右。
之后，我们成立了“联合攻关团队”，共同探讨研发、生产过程。例如，调速系统最重要的性能之一就是频率采样的精度，最终用于控制、调节机组的频率（50赫兹），而该性能实现相关技术的突破难度是比较大的，需要团队反复沟通磨合。
接下来，我们会对联合研发制造的调速器产品进行出厂测试，验证其性能是否可以达到相关标准；最后，这些设备会被运送至电站进行真实应用，以确保其能安全、可靠地实现各项控制功能，稳定输出电能。
南方周末：从确定目标到测试验证，主要有哪些挑战？
杨铭轩：这里最核心的难点就是，我们的研发工作都是从头开始，没有先例可以参考，只能基于已有的知识和经验开展攻关。
比如在研发测试环节，经常会遇到一些突发状况。在首台机组调速系统工程应用现场，测试过程中就突发了计时器功能异常，导致设备状态紊乱，无法正常运行。为此我们进行了连续三四天的模拟测试和研发分析，最终解决了这一问题。
在整个核心控制系统的研发过程中，类似情况非常多，贯穿于研发、调试、测试的全过程。此外，团队成员之间的磨合也需要时间和耐心，这样才能打造出更加优秀的产品。
南方周末： 联合攻关团队怎么磨合？
杨铭轩：本次核心控制系统研发攻关的任务还是很艰巨的，因此协作分工非常重要。为了推动团队协作有序高效，一方面，我们以系统为基本单元成立四个研发小组，开展软件设计、代码开发、产品组装等，各个小组的工作同步启动、同步开展。
另一方面，团队根据问题优先策略推进项目进度。当研发团队产生分歧时，我们会尽快确定优先级，以确认和处理分歧。比如在研制调速系统时，其中一个控制策略中涉及“效率优先”和“可靠优先”两种思路，大家展开激烈讨论，最终找到综合效率和安全的平衡点，消除了分歧。
迈向数字化的未来
南方周末：在电站运维之外，你还是数字化工作的负责人之一，能否分享你们在这方面的进展？
杨铭轩：对于抽水蓄能电站，南网储能的目标就是将其建设成为真正的“数字电厂”，2018年左右就启动了相应的建设工作。经过多年的摸索实践，我们实现了各电厂所有数据的可观可测，在2022-2023年建成了国内首个抽水蓄能电站群设备状态大数据分析系统XS-1000D，集成了7座抽水蓄能电站、34台机组设备、超过35万个测点数据，实现了数据智能巡检、状态智能诊断。
目前，在数字化团队的努力下，系统已经升级为2.0版本，关键数据精度升级到毫秒级水平，算法更加智能、覆盖范围更加广泛、故障预测更加准确。
南方周末：这套分析系统，具体效用如何？
杨铭轩：比如2023年5月，XS-1000D自动发现了阳蓄电厂三号机组偶然有同期时间偏长的情况，这种现象看起来似乎很“随机”，故障很隐蔽。随后，我们前往现场排查，发现同期合闸继电器信号偶然抖动，继电器线圈已经烧损发黑，进一步分析判断，原因为机组安装时该继电器线圈的正负端子底座反向，造成工作状态不稳定。如果机组长期运行下去，会造成无法正常并网等严重的事件。通过大数据分析，我们就可以提前发现类似的很小的变化，从而提前介入处置。
2024年4月，我们通过这套分析系统发现清远抽水蓄能电站一号机组定子线圈14号测点平均温度比其他传感器要高，有时平均温差达到10度。我们现场排查发现是温度传感器故障所致，并及时进行了处理，避免了温度过高导致机组运行跳机等严重事件。
南方周末：现在人工智能涌入数字化平台，将给储能发电行业带来哪些变化？
杨铭轩：人工智能驱动数字化平台升级，也在推动储能行业的更新变革。随着大数据分析智能化的不断深入，AI设备状态分析将更加精准，电站设备将由传统线下人工管理向线上智能管理转变，运维模式也在发生深刻变化，集约化和专业化效益将更加明显。
未来，公司的数字化团队将持续推动人工智能技术的应用，实现更加便捷的分析功能和应用，为行业变革提供不竭的动力。
• （南方周末研究员谯雅馨对此文亦有贡献）
