《柔性直流输电装备压接型定制化超大功率IGBT关键技术及应用》

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以直流输电装备的技术需求为导向,以解决超大功率IGBT器件带来的电压电流应力大幅提升导致的可靠性问题为核心,开展协同优化设计、并联均流与多物理场分析、驱动保护与封装一体化以及测试与可靠性评估等关键技术的研究,研制出压接型定制化超大功率IGBT器件,并实现应用验证。采用芯片-器件-装置协同优化设计的技术路线,通过建立芯片-器件-装置联合仿真模型,根据不同柔性直流输电装置的需求,开展多层级协同优化设计,制订定制化IGBT器件技术规范;研制定制化IGBT和FRD芯片,研究大规模芯片并联封装技术和驱动保护与封装一体化技术,提出器件特性测试与可靠性评估技术以及应用验证试验方案;结合柔性直流输电装备不同应用需求,研制出满足柔性直流换流阀用低通态压降4500V/3000A压接型IGBT器件和直流断路器用高关断能力3300V/3000A压接型IGBT器件,实现在柔直装备上应用验证,为柔性直流输电工程提供技术支撑。突破压接型定制化超大功率IGBT器件研发的核心技术,掌握超大功率IGBT的芯片-器件-装置全技术链条理论体系、设计方法和关键工艺。预期目标及效益:将提出针对不同柔性直流输电装备的定制化IGBT器件参数规范2份和可靠性试验规范2份,起草企业标准1项,发表SCI或EI论文44篇,培养研究生15名;研制出满足我国柔性直流输电装备需求的4500V/3000A低通态压降和3300V/3000A高关断能力IGBT器件,器件技术水平达到国际先进水平;研制基于定制化IGBT的柔性直流换流阀阀段及直流断路器阀段样机2台。项目成功实施后,将攻克我国柔性直流装备用压接型超大功率IGBT研发与应用关键技术,解决柔性直流输电装备技术发展的关键难题,加速我国高压大功率IGBT器件和柔性直流输电装备产业的发展,从而突破我国可再生能源接入和大型城市供电的技术瓶颈,促进电力能源向绿色化、清洁化、智能化的快速转变,实现对生态环境的保护,并为构建全球能源互联网,树立全球能源观奠定深厚的基础。IGBT器件及其高端系统应用装备技术是国家“战略性新兴产业”的基础性关键技术。项目将有助于推进国产高端IGBT器件的产业化发展进程,实现我国高压大功率IGBT材料、设计、工艺技术的自主创新,进一步缩小我国高压大功率半导体器件与世界先进水平的差距,从而打破国外技术与市场的垄断。同时,增强我国高端电力装备的国际竞争力,实现从技术超越到技术引领的重大战略转型。

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