中车株洲所王卫安：先进的电力电子器件与装备助推能源互联网发展

由清华大学和国家能源互联网产业及技术创新联盟共同主办的“2018国家能源互联网大会”于11月6日在北京西郊宾馆召开。大会以“推示范、求共赢、促发展”为主题，总结2018年能源互联网行业发展现状，明确2019年行业重点攻关任务和目标，为相关企事业推进能源互联网建设进程指引方向。能见App全程直播本次大会。

中车株洲电力机车研究所有限公司副总经理 王卫安出席大会并发表题为“电力电子器件与装备——能源互联网的助推器”的主旨演讲。

以下是演讲全文：

王卫安：尊敬的各位领导、各位专家，大家好。现在我代表中车株洲电力机车研究所作汇报，前面从宏观层面讲了电力系统和能源互联网，刚才李院长讲的都是微观层面的很精深的高精尖的技术这方面的，我们大家都知道中车是做高铁、做重载机车的，我们所是其中一些核心的装备，我们说的就是心脏和大脑，也就是变流器和控制系统。所以我们定位很准确，我们是希望在电力电子器件与装备方面，结合轨道交通，就是推动轨道交通的能源互联网的发展，同时在整个能源互联网的发展里面，以我们的电力电子器件和装备作为一个助推器。

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，趁势而为，做强做优做大。优势是这几方面。一个是信息化、智能化、智慧化。信息化是把物理的数据化，智能化理解是我们把数据化怎么样去物理化。所以通过信息化的手段来把数字化和智能化联通起来。同时另外一个是互联网+，我们说交通的装备，可能跟互联网的一个联系，同时也是能源互联网的一个联系。当然更大的联系是交通和能源，作为一个消耗和产生的，怎么样通过互联网的关系构建一个更大的系统，来优化我们的使用。当然整个不管是交通还是能源的发展过程中，我们不能缺芯少分（音）。我们讲的电力电子设备是能量变化的芯。

电力电子器件是电能传输，电力变化与品质控制的基础的器件，也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的基石。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。报告分五部分。第一是结合轨道交通的现状讲一下能源互联网的特点和要求；另外一个讲中车在电力电子器件和装备的创新成果；第三是讲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，基本上是从基础设施网络，从车辆、供电、储能和能源供应为架构的一个网络。通过信息通讯平台，实现能量流、信息流的交互，来实现它整个的一个运营调度和监控，最终轨道交通的能源互联网是利用大数据、云平台来实现各个环节、效应和效益的这么一个最大化。这是它的一个典型的能源互联网的体系。从传统的发电和电网以及新能源的发电，以及储能，以及我们的使用，就是包括我们使用中的一些自动能量的回馈等等这些方面。

一个基本的关联图，从理论的基础研究，从系统理论，信息科学，材料和工艺等等，去支撑我们的能源互联网的一些关键的技术，从电力电子技术，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的车辆、网、通信之间的发展，这是一个基本的技术关联图。

轨道交通互联网的一些特点，如果在与大铁路的交通的话，有一个单向负载会导致双向的不平衡。我们知道轨道交通是单扇的27.5千伏，电风扇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，层级性比较大，某种意义会影响铁路运营的安全性。在城市轨道交通或者说有轨的交通，更多的是单向的供电，也会导致自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。

所以，提出来对电力电子器件和装备的要求，应该说是安全性、可靠性的要求比较高。同时要求对整个装备，电压的等级高，电流大，供应的密度比较大。对于器件来说，因为它是一个耗电的大户，所以要求总体的压降比较小，损耗低。同时因为负荷的特点，导致整个内电流和系统的复杂性，抗系统的短路能力也要求比较高。

给大家汇报第二部分是中车株洲所在电力电子器件方面的一些成果，希望对你们未来的能源互联网的使用中有一个简单介绍性的印象。半导体的发展是伴随着主轴所的成立，从1964年就开始了功率半导体的技术研究，2008年我们并购了英国的公司，机遇IGBT的领域，2009年6英寸的双级器件的生产线，国内首条高压IGBT模块建成。2011年开展了基于新一代材料的技术的研究。到目前来讲，IGBT在轨道交通，也进入汽车领域。目前投资的15亿的IGBT的芯片生产线，应该说8英寸的芯片生产线，也是亚洲第一条，世界第二条的。目前投入35亿的汽车生产线已经在立项的阶段了。

整个业务领域复杂了IGBT，IGCT，SIC，形成了完整的产业链。在主轴以及英国的海外研发中心相互协同。另外我们取得了几个创新平台，新兴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，专业从事IGBT的功率半导体的有1200多名员工。

目前产业的概况，一个是关于IGBT，除了传统的焊接式的IGBT之外，有ERG（音）的已经生产成在碳化硅的生产上，除了二级管也形成了碳化硅的模块，获得了应用。汽车领域和特种的领域包括乘用车的集成式的功率组件，以及电子泡上面的一些组件也做了一些提供。双级平板性器件期间最高电压8500伏，最高电流的一个技术。是国内唯一一家有IGCT全套技术的厂家，最高电压方面也有一些的验证。

IGBT的芯片技术，目前第四代和第五代高性能已经掌握，目前推发的是第六代的，也是适用不同的领域。碳化硅方面，目前建成了国内首条完整的碳化硅的芯片生产线，同时的话，与中科院微电子所开发的二级管也是最领先的一个技术在国内。在碳化硅的模块，在地铁运营和光伏以及电动汽车里面都获得了应用。

分装技术方面，有一个单面焊接的技术，目前用于从1700伏到6500的高压模块以及600伏的中压模块得到了应用，4500伏3000安的也通过了国网的专家坚定。同时通过直冷的技术，通过超声的焊接，可靠性更高。目前正在开发双面焊接技术，通过直接的端子键合，未来的散发可能会取得更多的一些成绩。这是器件方面。

再介绍装备方面。铁路方面的一个电风扇，这是铁总的巨大的课题，解决电风扇的一些掉电的损失和机车故障的事情，目前通过智能的电风扇的手段，可以使机车的时间原来是秒级的，现在转化成小于15豪秒，同向位的情况下小于1.5毫米，没有牵引力和速度的损失，也可以提升运营效率。目前在神朔铁路获得了应用，提升了线路的运能是6%。

这是铁路平衡供电的装备，通过2B能量的融通，实现平衡供电个提高供电系统的整体利用率，对实现对无供的补偿和电压的稳定控制和谐波的问题。这是具体的一些实况，就不多讲了。同时在推广同向供电和分区的电子开发过分相，提高车网匹配性和运营效益。这是第二部分。

第三部分讲一讲电力电子器件和装备面临的挑战。实际上是功率、频率和效率三方面怎么样去平衡，同时目前硅机的器件技术已经成熟，更高功率容量，更高工作温度和更高的功率密度是未来对电力电子器件一个新型的挑战。在装备方面也是高集成度和大损耗，以及低损耗和低耐温的一个情况。

发展的方向。怎么样优化损耗，安全的工作区，怎么样是损耗不断降低，怎么样是安全的工作区，不管是纵向的还是反向的安全工作区不断提升是现在面临的挑战。在器件方面，更多的功率密度，从深亚微米的工艺，到超结的IGBT还有单片的集成，集成到IGBT芯片的内部。

另外一方面新型的封装技术，铜技术会取代铝的技术，以及低温的银烧结的技术。材料方面，半导体是更重要的一种材料，基于宽带半导体以及碳化硅的IGBT是未来重点的发展方向。在装备方面，更多的电力电子的变压器取代传统的变压器以及路由器和弹簧等等，这些设备在我们轨道交通都获得了应用，未来在其他的能源互联网，我们也期待获得更多的应用。这是新型的系统，怎么样把铁路沿线的装置，怎么样有效协调利用起来，结合轨道交通的负荷特点，去实现一种供电方式，包括同向供电，自动化方向怎么样去解决，这些能源的提供和消耗，和我们牵引的性能等等的一些耦合，可能是要重点探讨的。在其他方面，直流微网和变电所方面也是要下一步要抓紧研究的，特别是铁路沿线有很多的地方，民用的供电是相对来说有的地方没有，或者说成本会比较高，怎么样探讨这种方式，可能是我们未来的一个重点。

第五部分讲三点建议。

第一是从国家层面或者是从行业层面用示范项目做支持，怎么样联合电网、铁总和地方政府共同建设土地和乘轨交通的能源互联网。

第二是技术层面要突破铁路和电网信息融合，系统层面的保护机制，关键是电能变化装置的研发。

在机制层面是更多的促进技术的标准建设和标准引导，同时怎么样构建多方收益共享的机制，来提供政策支持。

总之，株洲所愿意在轨道交通的能源互联网方面与大家一道构建一个生态圈，同时关于电力电子器件核装置方面，我们更愿意从各种层面去提供支撑或者说助推我们能源互联网的发展。谢谢大家。

（本文根据发言嘉宾演讲速记整理，未经本人审核）

/END/如果您从事能源互联网相关工作，希望在能见发布重要新闻或加入能源互联网交流群，请联系能见研究员大飞 手机/微信：13354437181