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（300215）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，抖客网，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。姚志强