近年來，隨著信息化建設不斷深入，智能電網建設的各個環節都需要部署大量感知和自動化設備，每年的芯片需求總量達數億顆。過去，智能電網設備大量采用進口芯片，迫切需要實現芯片國產化和自主化。

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，各種通信設備平穩運行。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“國網芯”，為機房安全運行提供感知和報警服務。當日，由國網冀北電力有限公司承擔試點任務的自主可控低功耗MCU（微控制單元）芯片在張家口3座變電站內完成試運行工作。

自主研發 完成九種芯片設計開發

“芯片是電網智能化發展的核心，與國家電網有限公司各項業務安全穩定運行密切相關。我們要緊緊抓住發展機遇，推動電網核心芯片的自主化、國產化，為建設卓越的智能電網提供堅實的技術支撐。”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典型芯片自主研發提升和試點應用項目啟動會上表示。

為提高智能電網安全防護能力，自2016年起，國網冀北電力投資組織，北京智芯微電子科技有限公司主要承建，依據“廣泛調研、自主設計、試點先行、推廣應用”原則研發相關芯片。

兩家單位的骨干力量組成了項目管控組、設計研發組、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研，協調公司業務專家、技術專家資源，研討編制需求方案、技術方案和應用方案。

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芯片等九種工業級芯片及操作系統、測試指令的設計開發；完成了基于自研芯片在輸變電狀態監測、配電自動化、用電信息采集、電動汽車運營、生產移動作業、電力資產管理等六個領域的典型應用方案設計。

攻克難題 滿足工業級專用要求

“電網的芯片要求是工業級的。2010年，我國只有500多家芯片設計企業，都是面向智能卡和消費類電子領域的，缺少面向工控領域的芯片設計企業。工業芯片與消費類電子芯片的應用環境截然不同。芯片要在高低溫、鹽霧、冰雪等戶外環境下使用，并且滿足7×24小時帶電穩定運行，工作壽命10年以上。而這些，是通用芯片無法滿足的。”智芯公司項目經理臧志成介紹。

由于芯片研發時間緊任務重，項目管控組帶領研發團隊依據研發任務，制訂了詳細的攻堅計劃。

以往電力設備需要采用多種通用芯片實現特殊功能，存在復雜環境干擾大、可靠性低、成本高、使用壽命短等問題。工業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，滿足復雜的電力工業應用環境。

項目團隊通過工藝設計解決了芯片在強磁場輻射、高溫、低寒、鹽霧、潮濕等環境中的使用問題。他們研發的芯片產品于2017年3月取得了國家泰爾實驗室、中國電子技術標準化研究院賽西實驗室等權威第三方檢測報告，達到了國內同類產品先進水平。

研制一批、試點一批、推廣一批

國網冀北電力不僅是芯片研發投資和組織單位，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座變電站內完成試運行，驗證了內嵌低功耗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、方便部署安裝等優點。自主低功耗MCU芯片設計指標符合工業級標準，為傳感器的可靠應用提供了有力保障。

項目團隊成功研發了安全、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品基礎上設計開發了六個典型應用場景。目前，這五大類九種芯片已在國網河南、寧夏電力等10余個省級電力公司試點應用。

項目現已階段量產自主研發的五大類芯片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，實現了智能電網相關業務所需的感知、測量、通信、保護、控制等功能，極大地保障了數據采集、傳輸、分析、決策和控制等各個環節穩定運作，提高了智能電網的基礎軟硬件組件自主化水平，降低了電力管理成本，推動了產業升級。

下一步，國網冀北電力將繼續聯合智芯公司等產業單位，在前期基礎上完善輸變電狀態監測領域配套應用與GIS、PMS的本側集成，優化電力設備資產管理領域配套應用互感器標簽芯片發行程序，實現標簽自動化生產，并在新技術研究、新產品研發、典型場景配套應用方面進行自主研發和試點應用，不斷提高電力設備的國產化和智能化水平。