目前,制约新能源发展的瓶颈主要是并网问题,风能、太阳能发电明显的间歇性和不确定性,容易引发谐波污染、电压闪变等,导致电能质量低,无法保证电网安全。国家能源局指出,“十二五”期间重点解决大型风电等可再生能源基地并网的瓶颈问题。为解决新能源并网问题,世界各国进行了多种尝试。专家表示,柔性直流输电是保证新能源接入的最好方式之一,甚至在很多场合下是唯一选择。从柔性直流输电技术本身来说,它能够给风电场提供良好的动态无功支撑,避免风电场的无功补偿设备投资;同时提供优异的并网性能,防止风电场的电压波动对交流系统的影响,并同时改善风电场对系统波动的抗干扰能力。由于能够提供电压支撑作用,它还能大幅度提升风电场在交流系统发生故障情况下的低电压穿越能力;另外,由于柔性直流输电不受距离限制,因此也是国外大型远距离海上风电场并网的唯一选择。基于以上显著优势,柔性直流输电目前已成为国际上公认的风电场并网的最佳技术方案。
2006年,我国开始研发柔性直流输电系统,2011年我国自主研发的上海南汇风电场柔性直流输电工程投入运行,2013年南澳多端柔性直流输电工程投入运行,即将运行的有舟山多端柔性直流输电工程,厦门柔性直流输电工程正式取得厦门市发改委核准批复,全国有超过20个柔性直流输电工程在报批中。
柔性直流输电系统换流阀采用了场控器件IGBT, IGBT器件的封装方式有俩种,外形如下
目前柔性直流输电系统换流阀均采用焊接式IGBT模块,这种封装形式采用单面散热,器件的功率发挥受到限制,不易于串并联、耐盐雾差、耐振动冲击和热疲劳性能差。新型平板全压接大功率IGBT器件不仅彻底解决了焊接工艺易产生空洞、焊接材料的热疲劳和单面散热效率低下的难题,还消除了因各种零部件产生的热阻、减小了体积和重量,大大提高了IGBT的工作效率和可靠性,非常适宜于未来柔性直流输电系统对换流阀器件的大功率、高电压、高可靠性要求,新型平板全压接大功率IGBT器件将在柔性直流输电系统中广泛替代焊接式IGBT模块势在必行。
2010年,北京新创椿树整流器件有限公司开始新型平板全压接大功率IGBT器件开发,2013年通过了科研成果鉴定,填补了国内空白,技术处于国内领先地位,该公司目前可以生产800A/1700V,1000A/2500V,1000A/3300V,1000A/4500V,1200A/3300V等规格的器件,已与许继集团有限公司、荣信电力电子股份有限公司达成试用协议,不久的将来,我国柔性直流输电系统换流阀器件将全部实现国产化,该输电系统将成为继高铁以后又一个在全世界具有高性价比的产业。