當(dāng)前,，發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì),，降低碳排放,，已成為全球共識(shí),。在國家“30·60”碳達(dá)峰,、碳中和的目標(biāo)愿景下,，改變以化石能源為主的能源結(jié)構(gòu),，促進(jìn)能源體系向清潔低碳轉(zhuǎn)型，是大勢(shì)所趨和必經(jīng)之路,。根據(jù)國家能源局的規(guī)劃,，尤其是十四五時(shí)期，以風(fēng)電,、光伏和水電為代表的新能源和可再生能源將迎來高比例發(fā)展,，成為能源增量的主體。

　　但是,，要大力發(fā)展可再生能源,，提高其利用比例，有一個(gè)必要的前提,，即風(fēng)電,、太陽能發(fā)電要能上網(wǎng)利用,。然而，我國存在著能源資源與用電負(fù)荷中心呈逆向分布的現(xiàn)實(shí)難題,，水能,、陸地風(fēng)能和太陽能資源主要集中在西北和北部地區(qū)，而用電需求主要集中在東部和中部,，二者相距甚遠(yuǎn),。這就迫切要求對(duì)電力進(jìn)行跨區(qū)域、遠(yuǎn)距離輸送,，為大規(guī)模開發(fā)和利用風(fēng)能,、水能及太陽能等清潔能源創(chuàng)造條件。

　　要經(jīng)濟(jì)有效地解決上述問題,，出路在于加快建設(shè)以特高壓為骨干網(wǎng)架的堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng),。作為電力高速公路，特高壓不僅能夠滿足大容量,、遠(yuǎn)距離的輸電需求,，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，還能夠提高風(fēng)能,、太陽能等間歇性能源的并網(wǎng)和消納,，加快能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型與調(diào)整。

　　綜合優(yōu)勢(shì)明顯,，特高壓建設(shè)火力全開

　　特高壓輸電技術(shù)具有可輸電距離遠(yuǎn),、傳送損耗小、輸送功率高,、單位容量走線走廊占地面積小等優(yōu)勢(shì),，成為政府重點(diǎn)發(fā)力建設(shè)、托底經(jīng)濟(jì)的有利武器,。特高壓輸電又分為特高壓交流和特高壓直流,，它們共同構(gòu)成了輸電骨干網(wǎng)架。其中特高壓直流輸電的應(yīng)用場(chǎng)景主要在長距離的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸,、海底電纜,、大型電網(wǎng)鏈接；特高壓交流輸電的主要應(yīng)用場(chǎng)景是中短距離傳輸以及構(gòu)成交流環(huán)網(wǎng),。

　　圖1：國家電網(wǎng)在建在運(yùn)特高壓工程示意圖,。（來源：國家電網(wǎng)官網(wǎng)）

　　因此，不少長距離大容量的輸電選擇了特高壓直流輸電,。根據(jù)國家電網(wǎng)的數(shù)據(jù)顯示,，截止到2021年2月，國家電網(wǎng)建成投運(yùn)“十三交十一直”24項(xiàng)特高壓工程,，核準(zhǔn),、在建“一交三直”4項(xiàng)特高壓工程,。已投運(yùn)特高壓工程累計(jì)線路長度35583公里、累計(jì)變電（換流）容量39667萬千伏安（千瓦）,。加上南方電網(wǎng)在運(yùn)的“4直”,，目前國內(nèi)在運(yùn)的特高壓直流網(wǎng)共有15個(gè)。

　　根據(jù)《中國“十四五”電力發(fā)展規(guī)劃研究》的預(yù)測(cè),，到2025年,，我國特高壓直流工程將會(huì)達(dá)到23個(gè)，總輸送容量達(dá)到1.8億千瓦,。就在2020年11月,，國家發(fā)改委核準(zhǔn)了白鶴灘-江蘇直流工程,，該工程全長2087公里,，總投資307億元，計(jì)劃2022年建成投運(yùn),。在未來我國特高壓線路將會(huì)進(jìn)入常態(tài)化核準(zhǔn)狀態(tài),，特高壓項(xiàng)目的建設(shè)將會(huì)火力全開。

　　白鶴灘-江蘇直流工程拓?fù)洳捎脝温潼c(diǎn),、混合式級(jí)聯(lián)多端特高壓直流輸電方案,，送端換流站采用常規(guī)的特高壓直流結(jié)構(gòu)，高低壓閥組均采用晶閘管換流器（LCC換流器）,，受端換流站采用混合級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu),，高壓閥組采用晶閘管換流器（LCC換流器），低壓閥組采用3個(gè)電壓源型換流器（VSC）并聯(lián)組成,，LCC與3個(gè)VSC共站建設(shè),。受端直流400kV母線更是引入了最新亮相的可控自恢復(fù)消能器，實(shí)現(xiàn)受端交流系統(tǒng)故障時(shí)可釋放過電壓能量,。值得一提的是,，在該工程項(xiàng)目招標(biāo)中，英飛凌的3000A壓接式IGBT解決方案憑借著高可靠性,、低損耗等優(yōu)勢(shì)成功中選,， 將用于受端的低壓閥VSC。

　　應(yīng)有盡有,，英飛凌為特高壓直流輸電提供全面的解決方案

　　在高壓直流輸電中,，又分為常規(guī)直流輸電和柔性直流輸電（VSC-HVDC）技術(shù)，其中常規(guī)直流輸電技術(shù)的核心電力電子器件是半控型器件晶閘管,；而柔性直流輸電的核心電力電子器件是全控型器件IGBT,。

　　常規(guī)的特高壓直流輸電網(wǎng)的換流閥是由多個(gè)晶閘管串聯(lián)而成的，特高壓直流輸電工程的輸電容量直接取決于超大功率晶閘管的電流,。目前用于常規(guī)特高壓直流輸電網(wǎng)的晶閘管已發(fā)展到了6英寸/8.5kV,，可承受的電流超過了6250A,。

　　英飛凌在晶閘管方面持續(xù)創(chuàng)新，為了簡(jiǎn)化換流閥的設(shè)計(jì),，英飛凌開發(fā)了LTT光觸發(fā)晶閘管,，簡(jiǎn)化了外圍驅(qū)動(dòng)電路，并集成了相關(guān)的保護(hù),，讓整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)潔,、更加可靠。

　　圖2：晶閘管的發(fā)展歷史

　　柔性直流輸電是常規(guī)直流輸電后的一種新型輸電方式,，是目前世界上可控性高,、適應(yīng)性好的一種輸電技術(shù)，也是未來中國電網(wǎng)升級(jí)的重要技術(shù)手段,。它可以解決當(dāng)前大電網(wǎng)面臨的諸多問題,，比如孤島供電、城市配電網(wǎng)的增容改造,、異步交流系統(tǒng)互聯(lián),、大規(guī)模新能源發(fā)電并網(wǎng)等，對(duì)傳統(tǒng)交流電網(wǎng)具有重要的互補(bǔ)價(jià)值,。其核心電力電子器件是全控型器件IGBT,。

　　隨著柔性直流輸電系統(tǒng)的容量和電壓等級(jí)越來越高，對(duì)IGBT的電流電壓需求也不斷變化,。一般來說,，1GW以下系統(tǒng)通常選用IGBT焊接/壓接模塊，其性價(jià)比較高,；而對(duì)于3 GW／5 GW的系統(tǒng)則需要3kA以上的器件,，因此，一般選用壓接器件,。

　　圖3：英飛凌高壓大電流壓接式IGBT模塊Press Pack IGBT（PPI）

　　柔性直流輸電技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是大容量,、高可靠性，為了滿足這些需求,，英飛凌也開發(fā)了壓接式IGBT器件,。并在2019年底推出了高壓大電流壓接式IGBT模塊Press Pack IGBT（PPI），該模塊采用類似于晶閘管平板式圓餅狀陶瓷外形的內(nèi)部壓接式封裝,，功率容量4500V/3000A等級(jí),。英飛凌的PPI模塊采用了低溫?zé)Y(jié)技術(shù)、氣密性防爆技術(shù),、先進(jìn)的Trench IGBT芯片技術(shù),？、 雙面冷卻技術(shù),，再加上其獨(dú)特的外置FWD技術(shù),，可以在提升系統(tǒng)組態(tài)靈活性和綜合性能的同時(shí),，大幅提高系統(tǒng)的可靠性。

　　PPI模塊是專為高功率MMC轉(zhuǎn)換器而設(shè)計(jì),，可應(yīng)用于海上風(fēng)電,、柔性直流輸電系統(tǒng)等應(yīng)用。由于這些領(lǐng)域的系統(tǒng)維護(hù)費(fèi)用實(shí)在是太過高昂,，因此系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)鍵性半導(dǎo)體開關(guān)器件必須確保幾十年無需維修更換,，而英飛凌的PPI模塊剛好能夠滿足這些需求。

　　除了壓接器件之外,，英飛凌也提供續(xù)流二極管和相關(guān)保護(hù)器件,。在續(xù)流二極管方面，英飛凌已量產(chǎn)了3寸/3.5寸/5寸續(xù)流二極管,，下一代超低壓降FWD正在開發(fā),，可進(jìn)一步降低30%的損耗。

　　在保護(hù)器件方面,，英飛凌有3.3kV/4.5kv/6.5kv旁路保護(hù)二極管用的晶閘管等相關(guān)產(chǎn)品,。

當(dāng)然,，產(chǎn)品除了性能和可靠性要高以外,，產(chǎn)能也是必須要考慮的，英飛凌的壓接式IGBT芯片技術(shù)基于英飛凌成熟的TRENCHSTOPTM 技術(shù)和8英寸高壓晶圓技術(shù),，而其三大晶圓廠可提供充足的產(chǎn)能,，保障對(duì)客戶的穩(wěn)定供貨。

　　總結(jié)

　　電力電子技術(shù)中,，器件,、驅(qū)動(dòng)、拓?fù)?，以及系統(tǒng),，是不可分割的整體，需要深層次配合,，才能夠相得益彰,，獲得優(yōu)異的電力電子系統(tǒng)整體性能。對(duì)于特高壓輸電系統(tǒng)之類的超大型電力電子系統(tǒng)而言,，安全可靠長期運(yùn)行是第一位的,，成本價(jià)格還在其次。因此,，在選擇器件的時(shí)候,，首先要考慮可靠性有保障的器件。而英飛凌用于特高壓輸電領(lǐng)域的產(chǎn)品和解決方案,，在可靠性和出色的性能方面樹立了新的標(biāo)桿,。