而相比IGBT，IGCT具有更低的通態(tài)壓降、更高的可靠性以及更低的制造成本，并且結(jié)構(gòu)緊湊、具有更高的阻斷電壓和通流的能力，有望改進IGBT在高壓大容量應(yīng)用中的表現(xiàn)和性能。事實上，相比于交流電網(wǎng)應(yīng)用，在柔性直流電網(wǎng)中，MMC、直流變壓器以及直流斷路器等關(guān)鍵設(shè)備均具有很多新的特點，例如MMC的開關(guān)頻率非常低、直流變壓器具有軟開關(guān)能力、直流斷路器僅需單次操作等。這些特點一定程度上將弱化IGCT開關(guān)速度慢等技術(shù)弱點，為IGCT在柔性直流電網(wǎng)中的應(yīng)用帶來了的契機。
清華大學(xué)電機系和能源互聯(lián)網(wǎng)研究院直流研究中心科研團隊從2015年開始，結(jié)合直流電網(wǎng)關(guān)鍵裝備的特性，圍繞IGCT物理機理模型、參數(shù)優(yōu)化、性能調(diào)控及新型驅(qū)動等關(guān)鍵技術(shù)展開研究，了IGCT直流電網(wǎng)應(yīng)用的科學(xué)和技術(shù)難題，并與株洲中車時代電氣股份有限公司組成聯(lián)合研究團隊，成功研制出直流電網(wǎng)用新一代4 500V/5 000A IGCT-Plus器件，并實現(xiàn)了多項直流電網(wǎng)工程應(yīng)用。
IGCT器件在直流電網(wǎng)領(lǐng)域大有可為
在突破IGCT器件新技術(shù)的同時，研究團隊對于IGCT器件在直流電網(wǎng)中的應(yīng)用前景進行了系統(tǒng)地分析和展望，同步研制了一系列關(guān)鍵設(shè)備，并在示范工程及電網(wǎng)試驗平臺中得到了應(yīng)用。
當(dāng)前直流電網(wǎng)中的關(guān)鍵設(shè)備（如MMC、直流斷路器、直流變壓器、直流耗能裝置等）相對于交流電網(wǎng)中的電力電子設(shè)備具有很多新特性，這為IGCT的應(yīng)用提供了契機。研究團隊結(jié)合這些關(guān)鍵設(shè)備的內(nèi)在特性，提出了基于IGCT的創(chuàng)新方案，并系統(tǒng)論證了其可行性以及技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢。分析表明，基于IGCT的新型設(shè)備在安全防爆、故障處理、轉(zhuǎn)換效率、功率密度、制造成本以及可靠性等方面均具有的優(yōu)勢，使其在直流電網(wǎng)中的應(yīng)用具備的潛力。
在2018年12月投運的珠?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”智慧能源示范工程中，雞山換流站的10kV/10MW MMC應(yīng)用了研究團隊提出的IGCT交叉鉗位方案，這是國產(chǎn)IGCT器件在柔性直流輸電換流閥中的亮相?，F(xiàn)已穩(wěn)定運行一年多，為IGCT器件特性的研究和改進提供了寶貴的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗。在正在建設(shè)中的東莞交直流混合配電網(wǎng)工程中，應(yīng)用了基于IGCT-Plus研發(fā)的±375V固態(tài)式直流斷路器，實現(xiàn)了國產(chǎn)IGCT-Plus器件在固態(tài)式直流斷路器中的應(yīng)用。
IGCT的門極電路里，包含了大量的IC和電阻電容，尤其是有大量的電解電容，為了提供大的關(guān)斷電流而設(shè)計，使其有一定的壽命限制；而且，這種電容是不可更換的，連著整個器件一起更換，造成維護成本增大。如果器件出現(xiàn)故障，對于IGBT構(gòu)成的系統(tǒng)，一般更換驅(qū)動電路或IGBT即可，價格在1500元以內(nèi)，而且常規(guī)電壓的IGBT及其驅(qū)動電路在內(nèi)地市場代理商林立，一般都有現(xiàn)貨；而對于IGCT構(gòu)成的系統(tǒng)，更換整個IGCT，更換一次一般在20000元以上，其國內(nèi)代理商只有少數(shù)幾家，由于占用資金大，一般沒有現(xiàn)貨，所以一旦出現(xiàn)故障，維修周期長、費用高，而且由于器件復(fù)雜，對維修的技術(shù)人員要求很高，過了保修期以后往往受制于人。在電路設(shè)計上，IGBT只需要很小而比較簡單的緩沖電路，有時甚至可以省略緩沖電路；IGCT除了要有電壓緩沖電路外，還有電流緩沖電路，以抑制關(guān)斷時的二次擊穿，比IGBT復(fù)雜。目前的IGBT和IGCT開、關(guān)損耗都差不多，構(gòu)成的變頻器，效率也差別不大。要論優(yōu)勢，主要是IGCT的耐壓目前比IGBT的耐壓高，應(yīng)用于高壓變頻器的話使得器件減少。但是目前的風(fēng)電變流器都是690V的，IGBT的耐壓也就足夠了。IGCT以前的優(yōu)點是電流大，方便串聯(lián)應(yīng)用，4500V/4000A很平常，現(xiàn)在被IGBT慢慢追上，IGBT有4500V/1200A的，可以并聯(lián)，不方便串聯(lián)，IGCT缺點是開關(guān)頻率不能太高，波形沒有IGBT好，損耗大，諧波大，對算法要求更高，價格貴。IGCT在超大電流場合應(yīng)用較多，例如軋鋼環(huán)境，3300V，上萬kw功率，三電平IGCT變頻器（西門子SM150）發(fā)揮出好的控制性能。
所屬分類：電子材料/測量儀/半導(dǎo)體材料
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