中车株洲所王卫安:电力电子器件与装备

能源汽车
发布日期
2019-04-16 08:29
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尊敬的各位专家、各位领导:

大家上午好!我们都知道中车是做高铁、做重载机车的,株洲所作为中车的一级子公司,主要是做其中一些核心的装备,就是我们说的心脏和大脑,也就是变流器和控制系统。我们定位很准确,希望推动在轨道交通领域的能源互联网发展,同时在整个能源互联网的发展中,以我们的电力电子器件和装备作为一个助推器。

中国中车2015年由南车和北车合并成立,之后习总书记三次进行了视察,其中要求我们把握优势、乘势而为,做强、做优、做大。我们认为当前社会的大势包括这几方面:一个是数字化、信息化和智能化,我们理解数字化是物理世界的数据化,智能化是把数据怎么样去物理化,这些可通过信息化的手段来把数字化和智能化联通起来;另外一个势是“互联网+”,我们理解是交通装备与互联网的一个联系,同时也是能源与互联网的一个联系。当然更大的联系应是交通和能源,作为能量消耗的交通和能源的产生,怎么样通过互联网的关系构建一个更大的系统,来优化我们的能量流动与使用。当然不管是交通还是能源的发展过程中,习总书记讲不能缺芯少魂,我们认为电力电子设备是基于能量变化和能量处理的芯。

电力电子器件是电能传输、电力变化与品质控制的基础器件,是促进传统产业升级、新产业发展的关键要素,同时也是交通和能源革命的一个重要基石。一代材料决定了一代器件,一代器件决定了一代装备,一代装备也决定了一代的应用。

中车株洲所王卫安:电力电子器件与装备

今天的报告分五部分,第一是结合轨道交通的现状谈一下能源互联网的特点和要求,第二是中车在电力电子器件和装备的创新成果,第三是发展面临的一些挑战,第四是发展方向的展望,第五是建议。

轨道交通能源互联网整个的架构底层是基础设施网络,包括车辆、牵引供电、储能和能源供应所构建的一个网络;中间层是信息通讯平台,实现能量流、信息流的交互,来实现整个的运营调度和监控;顶层则是利用大数据、云平台来实现各个环节、效应和效益的最大化。这是它的一个典型的能源互联网体系,包括从传统的发电、电网以及新能源发电、储能装置,以及自动能量回馈装置等等。

这是轨道交通能源互联网基本的技术关联图,从理论的基础研究,包括系统理论、信息科学、材料和工艺等等,去支撑能源互联网的一些关键使能技术,包括电力电子技术、器件、微电网和智能传感等等这些技术,再来推动整个轨道交通系统的牵引变电所、车辆、网和通信之间的发展。

中车株洲所王卫安:电力电子器件与装备

下面是轨道交通能源互联网的一些特点,在大铁路交通方面有一个因单相负载导致的三相不平衡问题;另外轨道交通是单相的27.5kV,电分相的时候会有一个速度的损失和能量的损失,同时牵引负荷的波动比较频繁、冲击性比较大,某种意义上会影响铁路自身运营的安全性。在城市轨道交通或者有轨交通方面,更多的是单相的交/直供电,也会导致制动能量不能够再利用,同时直流电压不可控,波动范围比较广,这是它的一些负面特点。

因此,提出了轨道交通能源互联网对电力电子器件和装备的要求,应该是安全性、可靠性的要求比较高;同时要求整个装备的电压等级高、电流大、功率密度比较大;对于器件来说,因为承载电流大,为降低损耗,所以要求总体的导通压降比较小;同时因为负荷的特点,导致整个的浪涌电流大和系统的复杂性,要求抗系统短路能力也比较高。

第二部分是中车株洲所在电力电子器件与装备方面的一些成果,希望对大家未来能源互联网的应用有一个简单的介绍性印象。功率半导体的发展是伴随着株洲所的成立与发展,我们从1964年就开始了功率半导体的技术研究,2003年开始启动IGCT技术的研究,2008年我们通过并购英国的DYNEX公司进入IGBT领域,2009年建成6英寸的双级器件生产线、国内首条高压IGBT模块封装线,2011年开展了基于新一代材料SiC技术的研究。目前IGBT已应用于轨道交通、输配电领域,同时进入了汽车领域。投资15亿元建成的8英寸IGBT芯片生产线是亚洲第一条、世界第二条。投入35亿元的汽车芯片生产线也已经在立项阶段。

中车株洲所王卫安:电力电子器件与装备

目前整个功率半导体业务领域覆盖了IGBT、IGCT、SiC以及功率组件,形成了“芯片—模块—功率单元—整机”的完整产业链,同时我们在株洲以及英国林肯的海外研发中心之间实现了有效的协同。另外我们取得了几个创新平台,新型半导体器件有一个国家重点实验室,也有国家能源局的大功率电力电子器件的研发中心,也是中国IGBT技术创新与产业联盟的理事长单位,以及欧洲电力电子协会的副主席单位。员工队伍方面,专业从事功率半导体产业的员工有1200多名。

责编:陈佳佳
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