近年來，隨著信息化建設(shè)不斷深入，智能電網(wǎng)建設(shè)的各個環(huán)節(jié)都需要部署大量感知和自動化設(shè)備，每年的芯片需求總量達(dá)數(shù)億顆。過去，智能電網(wǎng)設(shè)備大量采用進(jìn)口芯片，迫切需要實現(xiàn)芯片國產(chǎn)化和自主化。

5月20日，在張家口220千伏三馬坊變電站、黃金島變電站、榆林變電站通信機房內(nèi)，各種通信設(shè)備平穩(wěn)運行。與以往不同的是，機房里的溫濕度、水浸、煙霧等傳感器都換上了“國網(wǎng)芯”，為機房安全運行提供感知和報警服務(wù)。當(dāng)日，由國網(wǎng)冀北電力有限公司承擔(dān)試點任務(wù)的自主可控低功耗MCU（微控制單元）芯片在張家口3座變電站內(nèi)完成試運行工作。

自主研發(fā) 完成九種芯片設(shè)計開發(fā)

“芯片是電網(wǎng)智能化發(fā)展的核心，與國家電網(wǎng)有限公司各項業(yè)務(wù)安全穩(wěn)定運行密切相關(guān)。我們要緊緊抓住發(fā)展機遇，推動電網(wǎng)核心芯片的自主化、國產(chǎn)化，為建設(shè)卓越的智能電網(wǎng)提供堅實的技術(shù)支撐。”2016年2月，冀北電力信通公司總工程師邢寧哲在該公司智能電網(wǎng)典型芯片自主研發(fā)提升和試點應(yīng)用項目啟動會上表示。

為提高智能電網(wǎng)安全防護(hù)能力，自2016年起，國網(wǎng)冀北電力投資組織，北京智芯微電子科技有限公司主要承建，依據(jù)“廣泛調(diào)研、自主設(shè)計、試點先行、推廣應(yīng)用”原則研發(fā)相關(guān)芯片。

兩家單位的骨干力量組成了項目管控組、設(shè)計研發(fā)組、測試組、實施組，開展了運檢、營銷、計量等全場景的芯片需求調(diào)研，協(xié)調(diào)公司業(yè)務(wù)專家、技術(shù)專家資源，研討編制需求方案、技術(shù)方案和應(yīng)用方案。

2016年12月底，項目團隊順利完成多接口可信芯片、高性能MCU芯片、低功耗MCU芯片、微功率無線通信芯片、TD-LTE230MHz無線通信芯片、超高頻RFID（射頻識別）溫度傳感芯片、電流傳感器芯片、高安全高頻RFID芯片、高安全超高頻RFID芯片等九種工業(yè)級芯片及操作系統(tǒng)、測試指令的設(shè)計開發(fā)；完成了基于自研芯片在輸變電狀態(tài)監(jiān)測、配電自動化、用電信息采集、電動汽車運營、生產(chǎn)移動作業(yè)、電力資產(chǎn)管理等六個領(lǐng)域的典型應(yīng)用方案設(shè)計。

攻克難題 滿足工業(yè)級專用要求

“電網(wǎng)的芯片要求是工業(yè)級的。2010年，我國只有500多家芯片設(shè)計企業(yè)，都是面向智能卡和消費類電子領(lǐng)域的，缺少面向工控領(lǐng)域的芯片設(shè)計企業(yè)。工業(yè)芯片與消費類電子芯片的應(yīng)用環(huán)境截然不同。芯片要在高低溫、鹽霧、冰雪等戶外環(huán)境下使用，并且滿足7×24小時帶電穩(wěn)定運行，工作壽命10年以上。而這些，是通用芯片無法滿足的?！敝切竟卷椖拷?jīng)理臧志成介紹。

由于芯片研發(fā)時間緊任務(wù)重，項目管控組帶領(lǐng)研發(fā)團隊依據(jù)研發(fā)任務(wù)，制訂了詳細(xì)的攻堅計劃。

以往電力設(shè)備需要采用多種通用芯片實現(xiàn)特殊功能，存在復(fù)雜環(huán)境干擾大、可靠性低、成本高、使用壽命短等問題。工業(yè)級電力專用芯片則更可靠，因此也需要通過“多片合一”降低整機成本，提高芯片高集成度、可靠性和壽命，滿足復(fù)雜的電力工業(yè)應(yīng)用環(huán)境。

項目團隊通過工藝設(shè)計解決了芯片在強磁場輻射、高溫、低寒、鹽霧、潮濕等環(huán)境中的使用問題。他們研發(fā)的芯片產(chǎn)品于2017年3月取得了國家泰爾實驗室、中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院賽西實驗室等權(quán)威第三方檢測報告，達(dá)到了國內(nèi)同類產(chǎn)品先進(jìn)水平。

研制一批、試點一批、推廣一批

國網(wǎng)冀北電力不僅是芯片研發(fā)投資和組織單位，也是芯片成果的試點驗證單位。自主可控低功耗MCU芯片在張家口3座變電站內(nèi)完成試運行，驗證了內(nèi)嵌低功耗MCU芯片的溫濕度、水浸、煙霧傳感器，具有功耗低、長壽命、無線化、方便部署安裝等優(yōu)點。自主低功耗MCU芯片設(shè)計指標(biāo)符合工業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)，為傳感器的可靠應(yīng)用提供了有力保障。

項目團隊成功研發(fā)了安全、主控、通信、射頻和傳感五大類九種芯片，并在自主化芯片系列產(chǎn)品基礎(chǔ)上設(shè)計開發(fā)了六個典型應(yīng)用場景。目前，這五大類九種芯片已在國網(wǎng)河南、寧夏電力等10余個省級電力公司試點應(yīng)用。

項目現(xiàn)已階段量產(chǎn)自主研發(fā)的五大類芯片206537顆，其中安全類芯片1270顆、主控類芯片321顆、通信類芯片280顆、傳感類芯片166顆、射頻類芯片204500顆，實現(xiàn)了智能電網(wǎng)相關(guān)業(yè)務(wù)所需的感知、測量、通信、保護(hù)、控制等功能，極大地保障了數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析、決策和控制等各個環(huán)節(jié)穩(wěn)定運作，提高了智能電網(wǎng)的基礎(chǔ)軟硬件組件自主化水平，降低了電力管理成本，推動了產(chǎn)業(yè)升級。

下一步，國網(wǎng)冀北電力將繼續(xù)聯(lián)合智芯公司等產(chǎn)業(yè)單位，在前期基礎(chǔ)上完善輸變電狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域配套應(yīng)用與GIS、PMS的本側(cè)集成，優(yōu)化電力設(shè)備資產(chǎn)管理領(lǐng)域配套應(yīng)用互感器標(biāo)簽芯片發(fā)行程序，實現(xiàn)標(biāo)簽自動化生產(chǎn)，并在新技術(shù)研究、新產(chǎn)品研發(fā)、典型場景配套應(yīng)用方面進(jìn)行自主研發(fā)和試點應(yīng)用，不斷提高電力設(shè)備的國產(chǎn)化和智能化水平。