當(dāng)前，發(fā)展綠色經(jīng)濟,，降低碳排放,，已成為全球共識。在國家“30·60”碳達峰,、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)，促進能源體系向清潔低碳轉(zhuǎn)型,，是大勢所趨和必經(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),。這就迫切要求對電力進行跨區(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)架的堅強智能電網(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，成為政府重點發(fā)力建設(shè),、托底經(jīng)濟的有利武器,。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)用場景主要在長距離的點對點傳輸,、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“十三交十一直”24項特高壓工程，核準(zhǔn),、在建“一交三直”4項特高壓工程,。已投運特高壓工程累計線路長度35583公里,、累計變電（換流）容量39667萬千伏安（千瓦）。加上南方電網(wǎng)在運的“4直”,，目前國內(nèi)在運的特高壓直流網(wǎng)共有15個,。

　　根據(jù)《中國“十四五”電力發(fā)展規(guī)劃研究》的預(yù)測，到2025年,，我國特高壓直流工程將會達到23個，總輸送容量達到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,，計劃2022年建成投運,。在未來我國特高壓線路將會進入常態(tài)化核準(zhǔn)狀態(tài)，特高壓項目的建設(shè)將會火力全開,。

　　白鶴灘-江蘇直流工程拓?fù)洳捎脝温潼c,、混合式級聯(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個電壓源型換流器（VSC）并聯(lián)組成,，LCC與3個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,，實現(xiàn)受端交流系統(tǒng)故障時可釋放過電壓能量,。值得一提的是，在該工程項目招標(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,，為了簡化換流閥的設(shè)計，英飛凌開發(fā)了LTT光觸發(fā)晶閘管,，簡化了外圍驅(qū)動電路,，并集成了相關(guān)的保護，讓整體系統(tǒng)設(shè)計更加簡潔,、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,，對傳統(tǒng)交流電網(wǎng)具有重要的互補價值,。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)的容量和電壓等級越來越高,，對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,，其性價比較高,；而對于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。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),、先進的Trench IGBT芯片技術(shù)？,、 雙面冷卻技術(shù),，再加上其獨特的外置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,，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，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)維護費用實在是太過高昂，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),，可進一步降低30%的損耗,。

　　在保護器件方面，英飛凌有3.3kV/4.5kv/6.5kv旁路保護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，保障對客戶的穩(wěn)定供貨,。

　　總結(jié)

　　電力電子技術(shù)中,，器件、驅(qū)動,、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,，安全可靠長期運行是第一位的，成本價格還在其次,。因此,，在選擇器件的時候，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。