近日，由国家电网调度控制中心自动化专业组织领导，中国电科院电力自动化研究所承担的国家电网有限公司总部管理科技项目“基于国产化芯片方案的变电站测控及数据通信网关装置研制”通过验收，标志着我国已经全面掌握自主可控、安全可靠的变电二次装备核心技术，实现变电二次装备所使用的工业级芯片国产化供应，彻底扭转了以往此类芯片主要依靠进口，有可能面临缺“芯”断供的不利局面。

为电网“智慧大脑”补芯强芯迫在眉睫

变电二次装备，是监控并保障电网稳定运行的“智慧大脑”，用于对变电站中的断路器、电抗器、电容器、接地变等一次设备进行监视和控制，具备数据采集、处理和通信等功能，既保障了工作人员安全，又可以快速精准实现对电网的控制。

目前，我国在运变电站有4万-5万座，全部由国内二次设备厂商供货，有力保障我国电网的稳定运行。但在此前，虽然变电二次设备整机均已实现国内研制生产，但装备所使用的工业级芯片与核心元器件绝大部分还是依靠进口，在全球芯片供应链紧张的情况下，芯片短缺的风险始终存在。迅速补足该领域的技术短板，实现变电二次装备全国产化目标，已成为摆在电力科研人员面前迫在眉睫的攻关命题。

自主创“芯”攻克一系列技术难关

只有自主创“芯”，才能固本强根。“克服国产变电二次装备‘缺芯’的挑战，需要在短短三四年时间内，迅速追赶此前技术更新留下的‘时间差’。”中国电科院相关人士介绍，基于国产芯片的变电站二次设备及系统的研制从2019年起才全面起步，短时间内需要攻关解决芯片种类不全、性能不足等一系列难题，进而构建该领域研制技术成熟、配套完整的芯片产业链。

自全力投入该领域研发以来，在最关键的DSP芯片方面，中国电科院采用多核控制技术，实现通用处理器裸核替代原有进口DSP芯片，不仅节省了装备成本，还实现自主掌握多核芯片的裸核底层驱动技术。在PHY芯片方面，创新性提出了基于国产FPGA芯片的光以太网PHY IP核设计技术，攻克一系列难题，解决了二次装备通信芯片的制造瓶颈。

在性能提升方面，根据相关技术标准，电网运行电压、电流等测量采集精度要达到0.2%，有功功率、无功功率测量采集精度要达到0.5%。中国电科院成功研发出消除采样精度温度偏差的软件补偿方法，从而使国产芯片能够获得精确的有效量测值。此外，中国电科院研发出新型的低功耗设计技术，采用门控时钟优化、多Vdd电源域优化方法分区域降低功率消耗和处理器散热。同时，全新设计贯穿鳍片式散热方案，解决变电二次装备长期运行的可靠性问题，让国产芯片设备不仅更“精”，而且更“稳”。

产业换代构建电力技术“芯”生态

经过“国家输配电安全控制设备质量检验检测中心”和“电力工业电力系统自动化设备质量检验测试中心”权威测试评估，基于国产芯片的二次装备，与进口芯片装置性能水平基本持平。从2020年8月至今，国产装置经过一年多的实际挂网运行，可靠性也得到了有效验证。

目前，基于国产芯片方案的变电站测控装置，整体满足变电站自动化设备“四统一、四规范”技术标准，外观特性及总线接口与现有装置保持一致，可实现装置和板件级无缝替换。在遥控成功率、遥信开入采集精确性以及分辨率的准确性、抗电磁干扰、MMS通信等整体性能方面，与进口器件的性能完全一致，其中功率误差精度比进口芯片装置高0.07%，在直流信号采样误差精度上比进口芯片装置低0.02%，完全可以实现对进口芯片装置的替代。

2019年至今，通过开展基于国产芯片的变电站二次设备及系统的研制，我国已完成了测控、网关机、保护等主要变电站二次设备的全国产化，研制出与进口芯片装置性能持平的变电二次装备，有效保障国家和电网安全。

“项目成果验证了变电二次装备全国产芯片解决方案的可行性，将吸引更多二次厂商投入到国产芯片设备的研制浪潮之中，引领行业发展，培育自主产业生态，全面实现电力工控领域高水平科技自立自强。”中国电科院相关人士表示。