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2021年11月29日 星期一
福建电科院支撑国网自主产权IGBT首次在厦门柔直示范应用
所属分类:技术前沿
来源: 电网头条
更新日期:2021-11-08

10月30日22:00,经过连续两天2次12小时400兆瓦功率大负荷连续试运行,国网公司自主研发的IGBT器件在厦门柔直鹭岛站顺利完成所有系统调试工作。12个具有国网自主知识产权的IGBT器件,在厦门柔直鹭岛换流站一次性带电成功、一次性解锁成功、一次性大负荷试验成功,标志着国网自主知识产权3300伏 IGBT在厦门柔直挂网示范取得了圆满成功,也标志着我国已完全掌握IGBT设计、工艺、生产、应用等核心技术,完全打破ABB、西门子等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。

据了解,柔性直流系统的核心设备是换流阀,其中的IGBT器件,被称为核心中的“CPU”。IGBT具有可关断、损耗小、易于控制等优点,是高压柔性直流输电领域的核心器件。一直以来,由于产品设计、芯片制造、封装测试及产品稳定性方面难度大,这种器件占了柔直换流阀价格的40%左右,而且国内对于IGBT器件的技术研发及产业发展刚起步,自给率不足10%,其中3300伏以上高电压等级的IGBT更是一直由少数国外厂家垄断,价格高昂。

近年来,国网公司高度重视功率半导体器件对电网安全的核心支撑作用,为摆脱IGBT等核心器件受制于人的被动局面,2019年11月,国网公司批复设立南瑞联研半导体有限责任公司,并自主设计研发IGBT芯片及模块,成功打造部分高压、中压系列自主IGBT产品。国网公司相继发布《IGBT业务培育2020年行动计划》和《IGBT 业务培育2021 年行动计划》,其中要求3300伏IGBT器件要在柔直换流阀上实现示范应用,明确指出要依托厦门柔直工程开展国网自主IGBT的示范应用工作。

根据国网公司IGBT业务培育行动计划,在国网设备部的统一组织下,国网福建电力积极配合南瑞集团、联研院等单位开展试点应用工作。国网福建电科院作为国网福建电力柔性直流输电领域新理论、新技术、新产品的研究者、验证者、标准化及应用示范者,牵头承担了本次国网自主IGBT示范应用工作的现场试验验证工作。

IGBT器件从理论研究到产品实用化,需要解决高电磁辐射环境下的运行可靠性问题,以及大电流突变带来的器件电磁应力问题,这些问题都需要在现场试验中进行一一验证。为了攻克以上“卡脖子”关键技术难题,国网福建电科院联合检修公司全过程参与国网自主IGBT在厦门柔直示范应用方案的研究讨论,组建以国网公司优秀共产党员晁武杰为核心的跨专业联合攻关党员先锋团队,依托福建省智能电网保护与运行控制重点实验室,提前推进国网自主IGBT现场试验验证技术研究并制定科学可行的试验验证方案。

在国网自主IGBT示范应用现场,晁武杰带领团队牵头开展国网自主IGBT首次在实际运行环境下的带电调试工作,在南瑞联研专家团队的密切配合下,相继完成换流阀解闭锁、大功率试验等4项现场带电试验,测试240个关键参数,成功让IGBT器件在高电磁辐射干扰环境下,抗住换流阀首次解锁瞬间到达1600伏电压的冲击,实现国网自主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,进一步验证了各项指标符合设计要求,完全满足现场实际运行需要,最终顺利完成国网自主知识产权IGBT器件投入示范应用工作。

下一阶段,国网福建电科院还将从IGBT器件的驱动芯片和驱动器国网自主化等方面入手,积极参与“高压大功率可关断器件驱动芯片关键技术”国家重点项目研究,进一步推动具有打破国外垄断意义的首台首套核心设备的示范应用和产业化,推动柔性直流输电换流阀主设备从IGBT器件、IGBT器件驱动芯片到IGBT器件驱动器全面国网自主化。


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