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国家电网自主研发生产的3300伏IGBT器件在福建厦门柔直鹭岛换流站完成调试

2021-11-09 09:27 电网头条 韩煦

喜大普奔!从今以后,这个设备再也不用依赖外国厂商,多了一个“国潮”新选择!

10月30日22时,国家电网自主研发生产的3300伏IGBT器件经过连续两天2次12小时40万千瓦功率大负荷连续试运行,在福建厦门柔直鹭岛换流站完成调试!这标志着我国已完全掌握IGBT器件设计、工艺、生产、应用等核心技术,打破了国外厂家对该领域的技术垄断,解决了电网核心功率器件卡脖子问题,具有里程碑意义。

什么是IGBT?

IGBT全称为绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor),具有可关断、损耗小、易于控制等优点,是智能电网、新能源、工业控制等领域的核心零部件。

通俗来说,IGBT就像一个开关,和机械开关不同,它很聪明,可以通过外部软件控制自动、快速、方便地实现能量的“开”和“关”,实现能量高效转换。

IGBT在电网里啥作用?

IGBT广泛应用于柔性直流输电工程、静止无功发生器(SVG)、有源电力滤波器(APF)、统一潮流控制器(UPFC)等需要进行电能变换的地方。

在电力系统中,实现电能变换的装置是变流器。变流器的控制核心就是IGBT器件,所以它也被称为核心中的“CPU”。

采用IGBT进行功率变换,不用复杂的操作就能实现控制。打个比方,IGBT类似智能家居,可以远程遥控自动实现家用电器的控制,以前的控制手段就像拉线电灯,得到跟前手动拉线。

使用IGBT能够提高用电效率和质量,不仅高效节能,而且绿色环保。它是解决能源短缺问题和降低碳排放的关键支撑技术。

核心技术和器件不能成为发展的卡脖子问题。

国家电网全力攻克,把命运掌握在自己手中。

过去,IGBT器件在产品设计、芯片制造、封装测试、产品稳定性方面难度大。国内IGBT器件的技术研发及产业发展刚起步。导致90%以上IGBT器件依赖进口,尤其是3300伏以上高电压等级的IGBT长期由少数国外半导体厂商垄断。

IGBT器件占柔直换流阀价格的40%左右,价格高昂。

近年来,国家电网公司高度重视功率半导体器件的研发工作,加强产研协同,于2019年11月批复设立南瑞联研半导体有限责任公司,自主设计研发IGBT芯片及模块,目前已成功打造部分高压、中压系列自主IGBT产品。

经过多轮改进迭代,历时2年,公司成功研制出与国际领先厂商技术性能相当的3300伏/1500安 IGBT器件。

3300伏/1500安 IGBT器件扩宽了器件安全工作区,实现器件在高结温状态下安全可靠工作。器件的高温漏电电流量只有国外产品的50%,总体损耗和国外的器件基本一致,提升了器件的应用安全性。

采用低热阻、高可靠性的封装材料,优化封装布局和工艺,有效提升器件动态均流特性,进一步增强器件可靠性,突破了制约国内高压IGBT器件发展的可靠性低、收敛性差的技术瓶颈,助力推动能源电力产业全链条自主可控和转型升级。

如果说IGBT器件是一个人,需要各个器官协调工作才能有免疫力和精气神。

此次自主产权的IGBT研发,不仅强大了“心脏”,还协调了“大脑”“四肢”,通过严格选拔考核,达到“世界级运动员”标准!

理论→实用

IGBT器件还要解决两个问题:

如何在高电磁辐射环境下可靠运行?如何应对大电流突变带来的器件电磁应力?

答:国家电网公司组织相关单位提前推进IGBT器件现场试验验证技术研究并制订试验验证方案,圆满完成换流阀解闭锁、大功率试验等4项现场带电试验,测试了240个关键参数,让IGBT器件在高电磁辐射干扰环境下扛住了换流阀首次解锁瞬间到达1600伏电压的冲击,实现IGBT器件一次性带电成功、一次性解锁成功,并通过现场大负荷功率试验,进一步验证了器件各项指标符合设计要求,满足现场实际运行需要。



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