國家電網(wǎng)的“中國芯”：IGBT是什么？

據(jù)報道，集成電路(俗稱“芯片”)的研發(fā)應(yīng)用，我國與發(fā)達國家存在較大差距。在電力領(lǐng)域，進口芯片一直處于壟斷強勢地位，長期以來，我國輸變電設(shè)備與配用電設(shè)備中的核心芯片進口產(chǎn)品分別占到95%和80%，芯片已經(jīng)成為制約我國電力行業(yè)裝備技術(shù)國產(chǎn)化水平提升的瓶頸。不過，這種局面有望改變。據(jù)科技日報13日報道，日前國家智能電網(wǎng)項目首次采用了國產(chǎn)的高壓大功率IGBT芯片，加快了國家職能電網(wǎng)“中國芯”國產(chǎn)化的步伐。

國家智能電網(wǎng)采用的3300V IGBT器件由中國北車永濟電機公司研發(fā)。IGBT全稱是絕緣柵雙極型晶體管，它是一種電壓控制型器件。IGBT具有容量大、損耗小、易于控制等優(yōu)點，可使換流器拓撲結(jié)構(gòu)更加簡單、損耗更小，因此成為高壓柔性直流輸電領(lǐng)域核心器件。近年來，我國長距離高壓柔性直流輸電領(lǐng)域發(fā)展迅猛，IGBT器件也因此具備十分廣闊的應(yīng)用前景。

長期以來，IGBT的核心技術(shù)和產(chǎn)業(yè)大多為歐美和半導(dǎo)體廠商所壟斷，國內(nèi)企業(yè)對該產(chǎn)品的研發(fā)大多處于起步階段。此前，國家智能電網(wǎng)項目所需IGBT模塊全部采用德國英飛凌、瑞士ABB等公司產(chǎn)品。在此次競標中，北車永濟電機公司與國外企業(yè)在同一技術(shù)平臺競標，以品牌展示“話語權(quán)”，力壓國際知名半導(dǎo)體廠商，成功中標該項目，邁出了我國IGBT國產(chǎn)化進程中的關(guān)鍵一步。

僅僅四年時間，該公司通過戰(zhàn)略布局，吸納國際優(yōu)勢研發(fā)資源，技術(shù)自主攻關(guān)，17類產(chǎn)品已處于國際領(lǐng)先水平并填補國內(nèi)多項空白。目前，該公司具備年產(chǎn)6種等級IGBT器件10萬只的能力，可滿足智能電網(wǎng)、鐵路機車、風力發(fā)電、光伏發(fā)電、電動汽車等應(yīng)用領(lǐng)域?qū)�IGBT器件的廣泛需求。

何為IGBT

簡單來說，IGBT是一種實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換和控制的電力電子器件。復(fù)雜一點說，用電設(shè)備終端都需要不同電壓等級、不同電流大小，即不同功率等級的電力設(shè)備，這就需要大量采用IGBT等功率器件進行電能的轉(zhuǎn)換和控制。比如在我們熟悉的高鐵動車組，其電能的轉(zhuǎn)換首先是將電網(wǎng)2.5萬伏的高壓交流電，經(jīng)過降壓、整流、逆變等方式，轉(zhuǎn)換成可以調(diào)頻調(diào)壓的三相交流電，最后供給交流電機，這個過程稱之為“變流”，最后輸出的三相交流電供給交流電機，從而獲得牽引整列高速動車組前進的牽引力。

IGBT在我們生活的基礎(chǔ)領(lǐng)域——發(fā)電也是重要的存在。在發(fā)電領(lǐng)域，風、水、太陽能等能源發(fā)出的電是一種粗糙的、不可控的、不穩(wěn)定的電能，就是我們俗說的“粗電”，而要想轉(zhuǎn)換成精細的、可控的、穩(wěn)定的能夠并入電網(wǎng)的“精電”，進而適合不同功率電力設(shè)備，需要采用IGBT等電力電子器件實現(xiàn)對電能的品質(zhì)轉(zhuǎn)化，以風電為例，風機的葉片帶動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，發(fā)電機發(fā)出的頻率往往不到電網(wǎng)頻率的一半，因此需要用高壓大電流的IGBT模塊，重新產(chǎn)生穩(wěn)頻穩(wěn)壓的交流電。