清華大學(xué)和中車(chē)時(shí)代電氣成功研制新一代直流電網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備4500V/5000A IGCT-Plus器件
清華新聞網(wǎng)8月26日電 近日，中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)在株洲組織召開(kāi)了“直流電網(wǎng)用4500V/5000A IGCT-Plus關(guān)鍵技術(shù)與器件研制”項(xiàng)目技術(shù)鑒定會(huì)，由清華大學(xué)和株洲中車(chē)時(shí)代電氣股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“中車(chē)時(shí)代電氣”）共同研制的直流電網(wǎng)用4500V/5000A IGCT-Plus器件順利通過(guò)評(píng)審，標(biāo)志著新一代國(guó)產(chǎn)化大容量IGCT器件從技術(shù)研發(fā)、工藝制造、測(cè)試驗(yàn)證轉(zhuǎn)入工程應(yīng)用階段。
IGCT-Plus器件
本次評(píng)審專(zhuān)家委員會(huì)由中國(guó)科學(xué)院周孝信院士、中國(guó)工程院羅安院士等來(lái)自政府、企業(yè)、科研院所及高校的10位權(quán)威專(zhuān)家組成。中車(chē)株洲電力機(jī)車(chē)研究所有限公司丁榮軍院士、副總經(jīng)理馮江華，清華大學(xué)電機(jī)系曾嶸教授、余占清副教授、趙彪副教授，中車(chē)時(shí)代電氣總經(jīng)理劉可安、副總經(jīng)理尚敬、半導(dǎo)體事業(yè)部總經(jīng)理吳煜東等30余人參加。
鑒定會(huì)現(xiàn)場(chǎng)
曾嶸、趙彪分別做了工作報(bào)告、技術(shù)報(bào)告，向鑒定委員會(huì)全面匯報(bào)了項(xiàng)目情況。由清華大學(xué)和中車(chē)時(shí)代電氣組成的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)歷時(shí)多年產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān)，建立了GCT芯片緊湊型物理機(jī)理模型，提出了參數(shù)優(yōu)化及性能調(diào)控方法，改進(jìn)了關(guān)鍵制備工藝，提出了新型門(mén)極驅(qū)動(dòng)方案，率先成功研制了新一代直流電網(wǎng)用IGCT-Plus器件。該器件關(guān)斷電流5000A，直流連續(xù)電流可達(dá)3000A，10ms浪涌電流能力35kA，di/dt耐受能力500Hz 5000A/us，具有黑啟動(dòng)和過(guò)電流保護(hù)功能，可實(shí)現(xiàn)直流電網(wǎng)低成本、高效率、高可靠的能量變換。
鑒定委員會(huì)專(zhuān)家聽(tīng)取了項(xiàng)目組匯報(bào)，對(duì)IGCT-Plus器件的直流連續(xù)通流、電壓電流臨界上升率、過(guò)電流保護(hù)、黑啟動(dòng)、浪涌電流、失效短路等性能進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，并與項(xiàng)目組成員展開(kāi)了質(zhì)詢(xún)與討論，對(duì)項(xiàng)目在推動(dòng)高壓大容量半導(dǎo)體器件及直流電網(wǎng)裝備的全國(guó)產(chǎn)化方面所做的工作表示高度肯定，建議在更多的實(shí)際工程中推廣應(yīng)用。經(jīng)討論，鑒定委員會(huì)專(zhuān)家一致認(rèn)為，本項(xiàng)目攻克了影響IGCT在電網(wǎng)領(lǐng)域推廣應(yīng)用的科學(xué)和技術(shù)難題，經(jīng)測(cè)試和應(yīng)用檢驗(yàn)驗(yàn)證，研制的直流電網(wǎng)用4500V/5000A IGCT-Plus器件在機(jī)理模型、性能調(diào)控方法、門(mén)極驅(qū)動(dòng)等方面達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。
專(zhuān)家組見(jiàn)證測(cè)試
隨著風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源和大規(guī)模儲(chǔ)能的迅速發(fā)展，世界范圍內(nèi)柔性直流輸配電系統(tǒng)的市場(chǎng)規(guī)模巨大?，F(xiàn)有國(guó)際柔性直流換流裝備基本采用IGBT方案，而事實(shí)上，不同于交流電網(wǎng)的電力電子裝備，直流電網(wǎng)中的MMC等關(guān)鍵裝備具有很多新特點(diǎn)，很大程度上避免了IGCT運(yùn)行頻率低的關(guān)鍵瓶頸，同時(shí)帶來(lái)了低成本、高可靠和高效率等諸多潛在優(yōu)勢(shì)，具有巨大的應(yīng)用潛力。本項(xiàng)目從物理機(jī)理模型、摻雜設(shè)計(jì)和性能調(diào)控、制備工藝和門(mén)極驅(qū)動(dòng)等多方面出發(fā)，攻克了影響IGCT在電網(wǎng)領(lǐng)域推廣應(yīng)用的電壓電流上升率、黑啟動(dòng)、驅(qū)動(dòng)電源管理等關(guān)鍵難題，有望有效提升柔性輸電的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。
自主研制的全國(guó)產(chǎn)化IGCT-MMC模塊（左：半橋模塊，中：全橋模塊，右：功率對(duì)沖平臺(tái)）
本項(xiàng)目研制的IGCT-Plus器件可在MMC、直流斷路器、直流變壓器、直流耗能裝置等直流電網(wǎng)關(guān)鍵裝備中應(yīng)用，同時(shí)在高壓大容量SVG等柔性交流輸電裝備中也具有應(yīng)用前景。
供稿：電機(jī)系
編輯：李華山
審核：周襄楠
