清华大学和中车时代电气成功研制新一代直流电网关键设备4500V/5000A IGCT-Plus器件

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清华新闻网8月26日电 近日，中国电机工程学会在株洲组织召开了“直流电网用4500V/5000A IGCT-Plus关键技术与器件研制”项目技术鉴定会，由清华大学和株洲中车时代电气股份有限公司（以下简称“中车时代电气”）共同研制的直流电网用4500V/5000A IGCT-Plus器件顺利通过评审，标志着新一代国产化大容量IGCT器件从技术研发、工艺制造、测试验证转入工程应用阶段。

IGCT-Plus器件
本次评审专家委员会由中国科学院周孝信院士、中国工程院罗安院士等来自政府、企业、科研院所及高校的10位权威专家组成。中车株洲电力机车研究所有限公司丁荣军院士、副总经理冯江华，清华大学电机系曾嵘教授、余占清副教授、赵彪副教授，中车时代电气总经理刘可安、副总经理尚敬、半导体事业部总经理吴煜东等30余人参加。


鉴定会现场
曾嵘、赵彪分别做了工作报告、技术报告，向鉴定委员会全面汇报了项目情况。由清华大学和中车时代电气组成的项目团队历时多年产学研联合攻关，建立了GCT芯片紧凑型物理机理模型，提出了参数优化及性能调控方法，改进了关键制备工艺，提出了新型门极驱动方案，率先成功研制了新一代直流电网用IGCT-Plus器件。该器件关断电流5000A，直流连续电流可达3000A，10ms浪涌电流能力35kA，di/dt耐受能力500Hz 5000A/us，具有黑启动和过电流保护功能，可实现直流电网低成本、高效率、高可靠的能量变换。
鉴定委员会专家听取了项目组汇报，对IGCT-Plus器件的直流连续通流、电压电流临界上升率、过电流保护、黑启动、浪涌电流、失效短路等性能进行了现场测试，并与项目组成员展开了质询与讨论，对项目在推动高压大容量半导体器件及直流电网装备的全国产化方面所做的工作表示高度肯定，建议在更多的实际工程中推广应用。经讨论，鉴定委员会专家一致认为，本项目攻克了影响IGCT在电网领域推广应用的科学和技术难题，经测试和应用检验验证，研制的直流电网用4500V/5000A IGCT-Plus器件在机理模型、性能调控方法、门极驱动等方面达到国际领先水平。

专家组见证测试
随着风能、太阳能等新能源和大规模储能的迅速发展，世界范围内柔性直流输配电系统的市场规模巨大。现有国际柔性直流换流装备基本采用IGBT方案，而事实上，不同于交流电网的电力电子装备，直流电网中的MMC等关键装备具有很多新特点，很大程度上避免了IGCT运行频率低的关键瓶颈，同时带来了低成本、高可靠和高效率等诸多潜在优势，具有巨大的应用潜力。本项目从物理机理模型、掺杂设计和性能调控、制备工艺和门极驱动等多方面出发，攻克了影响IGCT在电网领域推广应用的电压电流上升率、黑启动、驱动电源管理等关键难题，有望有效提升柔性输电的技术经济性。

自主研制的全国产化IGCT-MMC模块（左：半桥模块，中：全桥模块，右：功率对冲平台）
本项目研制的IGCT-Plus器件可在MMC、直流断路器、直流变压器、直流耗能装置等直流电网关键装备中应用，同时在高压大容量SVG等柔性交流输电装备中也具有应用前景。
供稿：电机系

编辑：李华山

审核：周襄楠
2019年08月26日 09:30:44　　清华新闻网