柔性電網(wǎng)、柔性變電站的發(fā)展

　　在電網(wǎng)應(yīng)用層面，功率半導(dǎo)體器件主要應(yīng)用于直流輸電、靈活交流輸電(FACTS)、新能源發(fā)電等領(lǐng)域，為電網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步起到了巨大的推進(jìn)作用。隨著直流輸電/柔性直流、靈活交流輸電、分布式電源等技術(shù)的應(yīng)用，電網(wǎng)將具有一些柔性。電力電子技術(shù)的發(fā)展，尤其是功率半導(dǎo)體器件的快速發(fā)展，將使功率半導(dǎo)體器件在電網(wǎng)發(fā)電、輸電、變電和用電各方面得到更為廣泛的應(yīng)用，整個(gè)電網(wǎng)朝電力電子化方向加速發(fā)展，最終從根本上改變電網(wǎng)的形態(tài)和物理性質(zhì)。

　　柔性電網(wǎng)

　　從物理特性上講，傳統(tǒng)的剛性電網(wǎng)將變?yōu)槿嵝噪娋W(wǎng)，剛性電網(wǎng)和柔性電網(wǎng)的不同體現(xiàn)在，發(fā)電中，剛性電網(wǎng)采用水輪機(jī)、汽輪機(jī)、柴油機(jī)，而柔性電網(wǎng)使用光伏加換流器、風(fēng)力加換流器、燃料電池加換流器；

　　輸電中剛性電網(wǎng)采用不可控交流，而柔性電網(wǎng)采用靈活交流輸電、直流輸電、柔性直流、直流電網(wǎng)；變電中剛性電網(wǎng)采用油浸式變壓器、干式變壓器，真空斷路器、SF6斷路器，電容器、電抗器、調(diào)相機(jī)，無源濾波器，而柔性電網(wǎng)采用電力電子變壓器，直流斷路器、固態(tài)開關(guān)，STATCOM、SVC、CSR、SSSC、TCSC，有源電力濾波器、統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器；

　　剛性電網(wǎng)可用于白熾燈、電動機(jī)等電阻性、電感性負(fù)載，柔性電網(wǎng)可用在數(shù)據(jù)中心、電氣化鐵路、變頻調(diào)速、智能家用電器、電動汽車充電、數(shù)碼設(shè)備、變頻空調(diào)、無刷直流電機(jī)。

　　從材料特性上講，過去的銅鐵電網(wǎng)將變?yōu)榘雽?dǎo)體電網(wǎng)?？梢姡β拾雽?dǎo)體器件對電網(wǎng)發(fā)展的影響是根本性的、顛覆性的，不僅帶來電力電子裝置的升級換代，而且對電網(wǎng)的柔性化發(fā)展必不可少。毫無疑問，整個(gè)電網(wǎng)向半導(dǎo)體化發(fā)展過程中對功率半導(dǎo)體器件需求是巨大的，市場容量非常廣闊。

　　為滿足FACTS和HVDC對大功率的要求，器件的電壓電流參數(shù)需要進(jìn)一步提升，至少需要研制出4500V/3000A和4500V/5000A的IGBT。在器件技術(shù)方面，IGBT和FRD仍有較大優(yōu)化空間和潛力，針對應(yīng)用的定制化設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的發(fā)展趨勢，如低通態(tài)壓降IGBT、高短路關(guān)斷能力IGBT等。

　　柔性電網(wǎng)對功率半導(dǎo)體器件的特性有其個(gè)性化要求，如希望器件采用壓接型，以獲得大容量和好的散熱性能；低通態(tài)壓降，以提高裝置整體效率；失效時(shí)短路，以使相應(yīng)電路保持通路；高可靠性，以確保電網(wǎng)的可靠運(yùn)行；高短路電流耐受能力和開斷能力，以承受數(shù)十千安的故障電流并能可靠關(guān)斷。

　　柔性變電站

　　柔性變電站由電力電子變壓器、固態(tài)斷路器、母聯(lián)柔性控制器等電力電子裝置構(gòu)成，可提高電網(wǎng)潮流調(diào)控能力，能實(shí)現(xiàn)多種新能源柔性接入、儲能設(shè)備直接接入、直流負(fù)荷直供和多個(gè)柔性變電站之間互聯(lián)，可作為交直流電網(wǎng)的樞紐，在實(shí)現(xiàn)交直流電網(wǎng)混聯(lián)及交直流負(fù)荷混供的同時(shí)，可快速切除故障與自愈。

　　柔性變電站對功率器件的個(gè)性化需求包括：應(yīng)是高電壓、大功率，以減少換流器模塊數(shù)量，簡化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，降低控制復(fù)雜度，減少占地、體積和重量；應(yīng)是高可靠性的，以確保電網(wǎng)可靠運(yùn)行；應(yīng)是低通態(tài)壓降、開關(guān)損耗小的，以降低損耗，減少散熱要求；應(yīng)是高開關(guān)頻率的，以減少體積和可聽噪聲污染；應(yīng)是高結(jié)溫的，以提高可靠性，減少散熱要求。