2023年7月6日,习近平总书记在南瑞集团有限公司考察调研时指出,要加快推动关键技术、核心产品迭代升级和新技术智慧赋能,提高国家能源安全和保障能力。要立志高远、脚踏实地,一步一步往前走,以十年磨一剑的韧劲,以“一辈子办成一件事”的执着,攻关高精尖技术,成就有价值的人生。
一年来,国家电网有限公司牢记嘱托、创新奋进,深入实施创新驱动发展战略,加快实现高水平科技自立自强,为更好支撑和服务中国式现代化贡献力量。作为国家电网有限公司所属高科技企业,南瑞集团坚持创新引领发展,加快发展新质生产力,在继电保护、新能源、功率半导体等关键核心技术领域持续攻坚创新,推动电网高质量发展。
技术破局 加快培育新质生产力
盛夏的南京,牛首山下,林木葱郁。走进南瑞集团江宁基地园区,扑面而来的现代科技气息与金陵城古朴的历史韵味交织融汇。
6月25日,在南瑞集团所属研发中心保护控制技术研发部的会议室,继电保护研发团队正在热烈讨论继电保护装置适应性的量化评估方案。南瑞集团正加快继电保护新理论和关键技术攻关,推动电力二次装备迭代升级,支撑新型电力系统建设。
“我们正在结合电网的新特点,评估继电保护装置的适应性,根据实际情况判断是否需要以及如何改进装置的性能。”保护控制技术研发部业务专家洪丰说。
当前,新一轮科技革命和产业变革深入发展,加快形成新质生产力是塑造发展新动能新优势的必然要求,要统筹推进传统产业升级、新兴产业壮大、未来产业培育。
电力是国民经济的基础产业,正面临从传统向智能化转型的关键时期。作为保障电力系统安全稳定运行的第一道防线,继电保护被称为电网的“贴身保镖”,是南瑞集团数十年来持续以创新推动发展的重要产业之一。
科技创新是发展新质生产力的核心要素。在我国电网发展的峥嵘历程中,南瑞集团坚定地走出一条自主创新的产业升级之路。
20世纪90年代,南瑞集团自主研制了超高压线路微机继电保护装置,可靠支撑了二滩水电站500千伏送出工程、三峡输变电工程等大批重点工程的建设,实现了继电保护领域的国产替代,打破了国外企业对超高压线路保护市场的垄断。
南瑞集团三级顾问、电网运行风险防御技术与装备全国重点实验室主任郑玉平,带领团队攻克了交直流混联电网、新能源大规模接入电网的继电保护关键理论技术难题,构建了适应复杂电网故障暂态特性演化的差动保护技术体系,主持研制了系列差动保护装置,推动我国电网完成以差动保护为主保护的升级换代,实现继电保护技术的中国引领。
在差动保护技术体系研发的关键时期,硕士毕业的洪丰加入了团队,很快就成长为核心骨干成员。2022年,他又参与了“新型电力系统继电保护体系架构与关键技术研究”项目。该项目聚焦新型电力系统源网荷储各环节电力电子设备广泛应用给继电保护带来的挑战,提出了不依赖电源特性的保护新原理,研制出新型继电保护装置,提升了继电保护装置对新型电力系统的适应性。
从理论创新到技术迭代、装置升级,继电保护技术的攻关突破是南瑞集团以科技创新为引领,不断提升自主可控能力,推动传统产业发展新动能的一项成功实践。
装备迭代 提升核心竞争力
习近平总书记考察调研之后,南瑞集团聚焦如何更好服务国家战略,更好服务新型电力系统建设,推动创新引领能力和产品研发质效“双提升”。
我国地域辽阔,风光资源丰富,以风能、太阳能等为代表的新能源产业是新质生产力的重要组成部分,也是支撑和推动国家新质生产力形成的能源资源基础,有着广阔的发展空间。
“新能源设备量产前要在这里检测耐热、耐寒、耐干燥、耐湿性能,一般需要连续测试72个小时。测试环境通常比现场环境更严酷,以此确保设备的高可靠性。”南瑞集团所属国电南瑞南京电气控制分公司副总工程师魏伟说。
风电、光伏发电具有间歇性、随机性、波动性等特点,导致电网出现弱抗扰性和强不确定性等问题。“随着新能源并网容量的持续增长,电网运行控制将面临从分钟级控制到秒级、毫秒级控制的跨越,稳控系统由离散、开环、刚性控制向连续、闭环、柔性控制发展,这对新能源场站的监视和控制提出了更高要求。”南瑞集团所属国电南瑞电网安全稳定控制技术分公司安全稳定控制拓展应用研发部经理陈汹说。
作为稳定控制新技术拓展研发团队负责人,陈汹带领团队成员经过三年的攻坚克难,研发出拥有自主知识产权的新能源全景监控系统及全套装备,已在甘肃、陕西、新疆、青海电网中实现了规模化应用。
“新型电力系统具有高比例新能源、高比例电力电子化的特点,对电网稳定性有更高要求,因此安全稳定控制系统需要满足电网快速、连续的调节需求。”陈汹说,新能源全景监控系统能对新能源发电单元事故前、事故中和事故后进行全过程状态感知,具有新能源故障过程实时跟踪、宽频带振荡分析、可控资源监视等功能。
该系统采用源控终端层、紧急态监控层、稳定控制层三层控制架构,各个层次的装置互相隔离、解耦清晰,可以实现毫秒级的精细化控制,提升稳控系统对新能源机组可观、可控的能力,保障电网安全稳定运行。
伴随新能源的快速发展,我国新能源场站数量持续增长、规模不断扩大,对新能源全景监控系统的需求与日俱增。2022年以前,电网安全稳定控制产品的产量每年只有500~1000台。近两年,随着新能源全景监控系统及全套装备进入到稳定控制产品领域,电网安全稳定控制产品年产量增加到5000台左右,年增加产值超1亿元。
南瑞集团正加快培育新能源及其配套产业体系——
在新疆,南瑞集团自主研制的6.25兆瓦双馈构网型风电变流器在达坂城华冉风电场完成现场测试,这是国内首次实现6兆瓦以上构网型双馈风机入网测试。
在重庆,南瑞集团自主研发的励磁系统助力蟠龙抽水蓄能电站全面投产发电。
在广东,南瑞集团拥有自主知识产权的12兆瓦级海上风电变流器在青州海上风电场投入运行,解决了重大装备国产化的瓶颈问题。
从高原内陆到蔚蓝海域,从最初的1.5兆瓦变流器到6兆瓦、12兆瓦变流器,标记着“南瑞制造”的新能源设备遍布祖国的大江南北,勾勒出新能源高质量发展和电网安全运行的南瑞新篇章。
“未来,我们将研制出更多国际领先和自主可控的核心装备,全力服务新型电力系统建设,充分发挥科技创新、产业控制、安全支撑的作用,为发展新质生产力作贡献。”魏伟说。
敢为人先 抢滩布局未来产业
南瑞集团牢记习近平总书记的嘱托,提出建设“世界级的能源互联网高科技领军企业”的发展目标,就是要强化科技立企的鲜明特征,聚力基础前瞻研究和关键技术攻关,站稳能源电力科技制高点。
发展新质生产力,加快布局未来产业是重中之重。
未来产业由前沿技术驱动,当前处于孕育萌发阶段或产业化初期,是具有显著战略性、引领性、颠覆性和不确定性的前瞻性新兴产业。
功率半导体是未来产业的代表之一,是实现能源转换与传输的核心器件。大功率绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件则是新一代功率半导体分立器件中的代表性产品,被称为电力系统的“CPU”,在能源电力领域具有重要作用。
走进南瑞集团所属南京南瑞半导体有限公司IGBT千级无尘洁净封装测试生产线车间,一台台精密设备自动化运行,贴片机和真空焊接炉正将元器件焊接到覆铜基板上。
2016年起,南瑞集团从智能电网领域关键应用需求出发,探索布局功率半导体产业可行性,并进行了初步技术探索;2018年,南瑞集团通过上市公司国电南瑞科技股份有限公司融资平台,募集16.4亿元资金支持IGBT产业发展;2019年11月,在国家电网有限公司的统筹及指导下,南瑞半导体公司成立,定位为国家电网发展功率半导体产业的统一平台,重点围绕智能电网领域重大工程装备需求,集中优势资源,攻克高压IGBT关键技术,加快实现产业化发展。
南瑞半导体公司成立后,快速完成公司发展布局与发展规划,于2020年4月入选国资委首批科改示范企业。以此为契机,南瑞半导体公司建立了灵活高效的人才引进机制和激励机制,引进了一批核心技术人才,为功率半导体产业的发展壮大奠定了坚实基础。今年3月,南瑞半导体公司进入国资委启航企业,将以更大力度推进市场化改革,进一步激发企业创新活力。
2021年10月,南瑞半导体公司自主研发的3300伏IGBT器件在福建厦门柔直鹭岛换流站完成挂网示范系统调试工作。今年2月,4500伏/3000安压接式IGBT器件在±800千伏白鹤滩—江苏特高压直流输电工程挂网成功,并陆续在四川构网型SVG工程等项目中进行小批量交付。
解决了技术难题,接下来就要加快科技成果向现实生产力转化,这是培育和发展新质生产力的必然要求。
为了保证大批量IGBT产品的一致性、稳定性和可靠性,南瑞半导体公司引入IPD(集成产品开发)流程,高标准严格把控选材、选型,实现生产流程的标准化,降低研发设计和量产过程中的潜在风险。
生产能力是产品批量化生产的基础。电网装备对IGBT器件的可靠性要求更高,为保障产品交付能力,2021年,南瑞半导体公司建成了国内领先的焊接式IGBT封装测试生产线,这条生产线具备自动化和信息化水平,可年产32万只IGBT器件。同时,该公司引进了在线光学检测设备,大大提升了产品缺陷检测的效率。
关关难过关关过。从应变到求变,从制造到“智”造,创新引擎启动无限未来。在加快培育新质生产力的征程上,朝气蓬勃,步伐坚定,以领先技术和高端产品支撑保障电网安全运行和电力可靠供应。