品种自检验收下,记国网冀北电力

自主可控芯片研发 提升电网设备国产化水平——记国网冀北电力“国网芯”研发和试点应用工作

国网冀北电力完成“智能电网典型芯片自主研发提升和试点应用”项目自验收

国网安徽推进智能电网典型芯片在配电领域的应用

坚强大电网 智能芯片无处不在

2019年6月4日

2018年8月6日

2018年11月16日

2015年4月9日

近年来,随着信息化建设不断深入,智能电网建设的各个环节都需要部署大量感知和自动化设备,每年的芯片需求总量达数亿颗。过去,智能电网设备大量采用进口芯片,迫切需要实现芯片国产化和自主化。

7月30日,国网冀北电力有限公司完成“智能电网典型芯片自主研发提升和试点应用”项目自验收。该公司研发的自主可控芯片为坚强智能电网提供安全有力支撑又迈出坚实的一步。 近年来,随着公司信息化建设不断深入,在智能电网建设的各个环节需要部署大量自动化设备,每年芯片需求总量达数亿颗。过去智能电网设备大量采用进口芯片,国产化率低,给生产运行带来的安全隐患日益凸显,迫切需要实现芯片国产化和自主化。 据悉,“智能电网典型芯片自主研发提升和试点应用”项目于2016年2月启动以来,国网冀北电力作为项目试点研发和应用的承担单位,高度重视自主可控芯片研发及验证工作,在项目推进的关键节点多次约谈项目建设单位,对项目产品研发进度和完成质量严格把关,确保项目成果满足要求。目前该公司已成功研发安全、主控、通信、射频和传感5大类9种芯片,在自主化芯片系列产品基础上设计开发了输变电状态监测、配网自动化、用电信息采集、电动汽车运营、生产移动作业、电力设备资产管理6个典型应用场景,并在河南、宁夏等10余个省公司进行了试点应用。该项目已阶段量产自主研发的五大类芯片206537颗,其中安全类芯片1270颗、主控类芯片321颗、通信类芯片280颗、传感类芯片166颗、射频类芯片204500颗。 该项目研发的自主可控芯片具备智能电网相关业务所需的感知、测量、通信、保护、控制等功能,极大保障了数据采集、传输、分析、决策和控制等各个环节稳定运作,提高了智能电网的基础软硬件组件自主化水平,降低了电力管理成本,推动了产业升级。特别是通过自主化典型芯片在各类场景的应用,确保了各类智能终端数据处理、数据传输的安全,全面提升公司在工业级芯片设计领域的自主可控能力和创新能力,为建设卓越的智能电网提供坚实的技术支撑。来源:国家电网报

“短路故障判定准确率100%”,“接地故障判定准确率98.5%”,随着检测专家对最后2组测试数据的公布,智能电网典型芯片在国网安徽省电力有限公司六安供电公司配电领域应用所有测试项目全部通过。 据国网安徽电力信息通信分公司项目负责人介绍,为了降低电力系统核心芯片长期依赖国外进口所带来的安全风险,国家电网全面启动智能电网典型芯片在电力领域应用。在六安公司的试点,是国网安徽省电力有限公司联合北京智芯微电子科技有限公司,开展该芯片在配电领域的示范应用工程。自十月份运行以来,该系统受到六安公司工作人员的广泛好评。内置该芯片的配电线路在线监测装置运行稳定,接地故障判定准确率有了显著提高,大幅减少了配电线路现场运维工作量,为快速排除线路故障、恢复正常供电,提供了有力保障。本次应用测试,项目组组织专家对系统进行了全面的测试,19项技术参数全部合格,其中线路负荷采样精度、接地故障判定准确率、电源功耗和通信安全等关键技术参数已达到业内领先水平。测试数据表明,在配电领域,该芯片不但“可用”,而且非常“好用”,体现了该项目具有非常重要的现实意义和示范效应。 接下来,国网安徽电力信息通信分公司将对项目成果进行总结和推广,扩大智能芯片在配电领域的应用范围,同时也将不断拓展智能电网典型芯片在输电、变电、用电等领域的应用。智能电网典型芯片系列产品在电力各领域的推广应用,可以极大地提高电力设备的国产化水平,从根本上消除了信息安全的隐患,使得我国智能电网的信息安全水平有了极大的提升,保障了电网稳定运行。芯片的自主研发有利于芯片核心技术研究和关键装备研制国产化,为国家集成电路产业的健康发展奠定坚实基础。

小到手机、智能电表,大到高铁、智能变电站,智能芯片无处不在。构建坚强智能电网需要以通信信息平台为支撑,以智能控制为手段,为此,国家电网公司大力推进自主知识产权芯片技术研发。作为公司科技创新的重要力量,国网智能电网研究院芯片研究团队勇挑重担,不断加快科技创新步伐,依托海外研究院平台优势,努力掌握芯片领域前沿技术,充分发挥应有的作用。 4月3日,国网智研院美国研究院智能芯片研发团队在紧锣密鼓地研究智能芯片技术问题。 芯片是集成电路经过设计、制造、封装、测试后的产品,是可立即使用的独立整体。据世界半导体贸易统计协会预测,全球芯片和半导体市场未来三年将保持两位数的增长,近年来通信芯片的需求大幅度增长,给全球智能芯片注入了新的活力。在最近几年里,智能电网、三网融合的大趋势有力推动了芯片业的发展,智能通信芯片在移动通信、物联网和无线数据传输领域的发展,甚至超过了电脑CPU芯片。 国网智研院智能芯片团队从成立之初,就在电网通信与安全、传感与量测、控制与保护等领域展开专业布局,系统开展电力系统专用芯片研究,突破高精度电力系统传感集成电路设计技术、电网专用芯片可靠性设计技术、电网专用芯片自取能集成电路设计技术等关键技术,为电力系统专用芯片设计提供基础技术支撑。 为了更好地吸收借鉴国外先进技术,国网智研院美国研究院立足我国智能电网发展需求,利用美国智能电网研究起步早、技术领先、人才聚集等优势,加强与国际先进智能芯片设计企业、研究机构和高校的沟通合作,敏锐把握国际智能电网发展风向,开展无线通信前端芯片等与电力物联网相关的无线通信技术研究,支撑公司智能电网建设。 服务电网意义重大,芯片研发势在必行 如果把智能电网比作一个人的话,那么,决策支持工具相当于“智慧的大脑”,高级控制系统相当于“敏捷的中枢神经”,遍布全网的感应测试设备相当于“灵敏的感官”,无处不在的集成通信网络相当于“通畅的神经”,当然还需要“强健的机体”,也就是先进、灵活的电力设备。 芯片作为电力设备、系统的基本单元,就好比盖房子的砖瓦一样,是构成传感、测量、控制和通信的硬件基础。利用电网专用芯片搭建的高效传感与通信网,可以实时监测电网关键节点的电压、电流、导线温度、覆冰、舞动等运行状态,并及时反馈控制,还可以监测电网运行环境温度、湿度、安全监控等信息,使得全网的状况可知可控,从而全面保障智能电网的安全可靠运行。 当前,公司正处于从技术赶超向技术引领转变的关键时期,特高压建设步伐的加快,构建“全球能源互联网”战略构想的提出,以及信息通信与电网技术的融合,为智能芯片技术的发展提供了难得的战略机遇。适应新的发展形势,我们有必要围绕坚强智能电网建设目标,加快技术赶超步伐,开发应用于智能电网输变电系统、新能源并网系统、电机节能控制模块、电表计量计费传输控制模块的各类芯片,努力实现智能芯片技术的跨越式发展。 技术创新成果显著,科研能力持续提升 “创新是企业发展的源动力,努力提高创新成果的水平,杜绝完成任务式的、无实际价值的创新方式”,这是姜学平博士,乃至整个智能芯片研发团队时常提醒自己的一句警示。长期以来,正是秉承这一工作理念,让国网智研院芯片研发团队在科研工作中,能时刻保持创新意识,保持持之以恒的科学精神,使创新成为技术发展的核心竞争力。 围绕公司在智能芯片领域的规划,国网智研院勇当技术革新的排头兵,积极整合内外部资源,发挥海外院平台优势,在硬件、软件、应用等环节大胆尝试、突破创新,全面开展电力专用芯片的自主创新,承担并实施了一系列重点科技项目,依托这些项目,在智能芯片方向取得了一大批技术创新成果,为智能智能变配电终端提供了单芯片解决方案。 未来发展思路清晰,成果推广前景广阔 展望未来电网规划,国网智研院美国研究院芯片研发团队将在低功耗无线通信集成电路设计技术、高精度电力系统传感集成电路设计技术、电网专用芯片可靠性设计技术、电网专用芯片自取能集成电路设计技术、就地信号分析与决策集成电路技术等方面开展深入研究,形成更多电力系统专用芯片研发成果,赶超国际先进水平。 近期,国网智研院美国研究院将围绕智能电网中设备数字化、智能化、紧凑化、可靠性对基础芯片支撑技术的需求,发挥自身优势,提供电力设备改造升级的应用场景下芯片规格选型与定制、基于电力专用芯片的智能装置研发成本及预期效益评估服务、电力专用芯片系统方案规划、常规工况下芯片的测试服务。此外,国网智研院着眼电力物联网应用需求,与南瑞智芯等公司系统优势产业单位开展合作,突破包括微功率无线通信芯片、802.11ah无线通信芯片在内的新型电力芯片的关键技术,并推广应用。 “远期,我们将围绕公司对电力专用芯片自主创新能力建设的需求,发挥资深芯片设计和应用人才,研发国产化的电力智能芯片,从国家战略层面上保障电网安全运行,提供电力系统专用芯片具体实现的定制服务、复杂工况下芯片可靠性试验服务等。”国网智研院负责人说。“电力物联网将成为未来智能电网发展的重要一环。”美国斯坦福大学的教授说。来源: 国家电网报

近日,在张家口220千伏三马坊变电站、黄金岛变电站、榆林变电站通信机房内,各种通信设备平稳运行。与以往不同的是,机房里的温湿度、水浸、烟雾等传感器都换上了“国网芯”,为机房安全运行提供感知和报警服务。当日,由国网冀北电力有限公司承担试点任务的自主可控低功耗MCU芯片在张家口3座变电站内完成试运行工作。 自主研发 完成九种芯片设计开发 “芯片是电网智能化发展的核心,与国家电网有限公司各项业务安全稳定运行密切相关。我们要紧紧抓住发展机遇,推动电网核心芯片的自主化、国产化,为建设卓越的智能电网提供坚实的技术支撑。”2016年2月,冀北电力信通公司总工程师邢宁哲在该公司智能电网典型芯片自主研发提升和试点应用项目启动会上表示。 为提高智能电网安全防护能力,自2016年起,国网冀北电力投资组织,北京智芯微电子科技有限公司主要承建,依据“广泛调研、自主设计、试点先行、推广应用”原则研发相关芯片。 两家单位的骨干力量组成了项目管控组、设计研发组、测试组、实施组,开展了运检、营销、计量等全场景的芯片需求调研,协调公司业务专家、技术专家资源,研讨编制需求方案、技术方案和应用方案。 2016年12月底,项目团队顺利完成多接口可信芯片、高性能MCU芯片、低功耗MCU芯片、微功率无线通信芯片、TD-LTE230MHz无线通信芯片、超高频RFID温度传感芯片、电流传感器芯片、高安全高频RFID芯片、高安全超高频RFID芯片等九种工业级芯片及操作系统、测试指令的设计开发;完成了基于自研芯片在输变电状态监测、配电自动化、用电信息采集、电动汽车运营、生产移动作业、电力资产管理等六个领域的典型应用方案设计。 攻克难题 满足工业级专用要求 “电网的芯片要求是工业级的。2010年,我国只有500多家芯片设计企业,都是面向智能卡和消费类电子领域的,缺少面向工控领域的芯片设计企业。工业芯片与消费类电子芯片的应用环境截然不同。芯片要在高低温、盐雾、冰雪等户外环境下使用,并且满足7×24小时带电稳定运行,工作寿命10年以上。而这些,是通用芯片无法满足的。”智芯公司项目经理臧志成介绍。 由于芯片研发时间紧任务重,项目管控组带领研发团队依据研发任务,制订了详细的攻坚计划。 以往电力设备需要采用多种通用芯片实现特殊功能,存在复杂环境干扰大、可靠性低、成本高、使用寿命短等问题。工业级电力专用芯片则更可靠,因此也需要通过“多片合一”降低整机成本,提高芯片高集成度、可靠性和寿命,满足复杂的电力工业应用环境。 项目团队通过工艺设计解决了芯片在强磁场辐射、高温、低寒、盐雾、潮湿等环境中的使用问题。他们研发的芯片产品于2017年3月取得了国家泰尔实验室、中国电子技术标准化研究院赛西实验室等权威第三方检测报告,达到了国内同类产品先进水平。 研制一批、试点一批、推广一批 国网冀北电力不仅是芯片研发投资和组织单位,也是芯片成果的试点验证单位。自主可控低功耗MCU芯片在张家口3座变电站内完成试运行,验证了内嵌低功耗MCU芯片的温湿度、水浸、烟雾传感器,具有功耗低、长寿命、无线化、方便部署安装等优点。自主低功耗MCU芯片设计指标符合工业级标准,为传感器的可靠应用提供了有力保障。 项目团队成功研发了安全、主控、通信、射频和传感五大类九种芯片,并在自主化芯片系列产品基础上设计开发了六个典型应用场景。目前,这五大类九种芯片已在国网河南、宁夏电力等10余个省级电力公司试点应用。 项目现已阶段量产自主研发的五大类芯片206537颗,其中安全类芯片1270颗、主控类芯片321颗、通信类芯片280颗、传感类芯片166颗、射频类芯片204500颗,实现了智能电网相关业务所需的感知、测量、通信、保护、控制等功能,极大地保障了数据采集、传输、分析、决策和控制等各个环节稳定运作,提高了智能电网的基础软硬件组件自主化水平,降低了电力管理成本,推动了产业升级。 下一步,国网冀北电力将继续联合智芯公司等产业单位,在前期基础上完善输变电状态监测领域配套应用与GIS、PMS的本侧集成,优化电力设备资产管理领域配套应用互感器标签芯片发行程序,实现标签自动化生产,并在新技术研究、新产品研发、典型场景配套应用方面进行自主研发和试点应用,不断提高电力设备的国产化和智能化水平。来源:国家电网报

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