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近年来,在新能源输送和大规模储能的驱动下,直流电网在的发展势不可挡。高压大容量功率半导体器件作为MMC、直流断路器、直流变压器、直流耗能装置等直流主干网络关键装备的核心元件,是学术研究的话题,也是产业应用的关注热点。IGBT具有驱动功率小而且驱动电路简单、开关速度快、耐压高、电流大等优点,在柔性直流电网中得到了广泛的应用。而事实上,尽管IGBT优势,但是相比电流型器件,仍然存在通态压降大、可靠性低、制造成本高等问题,具有很多改进的空间。尤其是在高压大容量应用中,所使用的开关器件数量非常大,若能改进这些特性,进一步提率和可靠性、减小成本,将会具有很大的吸引力和应用前景。
IGCT器件在直流电网领域大有可为
在突破IGCT器件新技术的同时,研究团队对于IGCT器件在直流电网中的应用前景进行了系统地分析和展望,同步研制了一系列关键设备,并在示范工程及电网试验平台中得到了应用。
当前直流电网中的关键设备(如MMC、直流断路器、直流变压器、直流耗能装置等)相对于交流电网中的电力电子设备具有很多新特性,这为IGCT的应用提供了契机。研究团队结合这些关键设备的内在特性,提出了基于IGCT的创新方案,并系统论证了其可行性以及技术经济优势。分析表明,基于IGCT的新型设备在安全防爆、故障处理、转换效率、功率密度、制造成本以及可靠性等方面均具有的优势,使其在直流电网中的应用具备的潜力。
在2018年12月投运的珠海“互联网+”智慧能源示范工程中,鸡山换流站的10kV/10MW MMC应用了研究团队提出的IGCT交叉钳位方案,这是国产IGCT器件在柔性直流输电换流阀中的亮相。现已稳定运行一年多,为IGCT器件特性的研究和改进提供了宝贵的数据和经验。在正在建设中的东莞交直流混合配电网工程中,应用了基于IGCT-Plus研发的±375V固态式直流断路器,实现了国产IGCT-Plus器件在固态式直流断路器中的应用。
1、IGCT具有电流大、阻断电压高、开关频率高、可靠性高、结构紧凑、低导通损耗等特点,而且造成本低,成品率高,有很好的应用前景。
2、相对于IGBT而言,IGCT投放市场的时间较晚,应用也没有IGBT广,技术成熟度不如IGBT。 目前的 IGBT和IGCT开、关损耗都差不多,构成的变频器,效率也差别不大。 要论优势,主要是IGCT的耐压目前比IGBT的耐压高,应用于高压变频器的话使得器件减少。但是目前的风电变流器都是690V的,IGBT的耐压也就足够了。 IGBT和IGCT,谁是电力电子器件的发展方向?目前学术界正在争论,虽然IGCT出现晚,但至少在目前,还看不出它相对IGBT有什么优势。但也有可能随着技术的发展,两者并驾齐驱,或者都被某种新的器件代替。
与IGCT所对应的是IEGT, IEGT也称为压装式IGBT (PPI)。