尊敬的各位專家、各位領(lǐng)導(dǎo)：
大家上午好!我們都知道中車是做高鐵、做重載機(jī)車的，株洲所作為中車的一級子公司，主要是做其中一些核心的裝備，就是我們說的心臟和大腦，也就是變流器和控制系統(tǒng)。我們定位很準(zhǔn)確，希望推動(dòng)在軌道交通領(lǐng)域的能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，同時(shí)在整個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中，以我們的電力電子器件和裝備作為一個(gè)助推器。
中國中車2015年由南車和北車合并成立，之后習(xí)總書記三次進(jìn)行了視察，其中要求我們把握優(yōu)勢、乘勢而為，做強(qiáng)、做優(yōu)、做大。我們認(rèn)為當(dāng)前社會(huì)的大勢包括這幾方面：一個(gè)是數(shù)字化、信息化和智能化，我們理解數(shù)字化是物理世界的數(shù)據(jù)化，智能化是把數(shù)據(jù)怎么樣去物理化，這些可通過信息化的手段來把數(shù)字化和智能化聯(lián)通起來;另外一個(gè)勢是“互聯(lián)網(wǎng)+”，我們理解是交通裝備與互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)聯(lián)系，同時(shí)也是能源與互聯(lián)網(wǎng)的一個(gè)聯(lián)系。當(dāng)然更大的聯(lián)系應(yīng)是交通和能源，作為能量消耗的交通和能源的產(chǎn)生，怎么樣通過互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系構(gòu)建一個(gè)更大的系統(tǒng)，來優(yōu)化我們的能量流動(dòng)與使用。當(dāng)然不管是交通還是能源的發(fā)展過程中，習(xí)總書記講不能缺芯少魂，我們認(rèn)為電力電子設(shè)備是基于能量變化和能量處理的芯。
電力電子器件是電能傳輸、電力變化與品質(zhì)控制的基礎(chǔ)器件，是促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級、新產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵要素，同時(shí)也是交通和能源革命的一個(gè)重要基石。一代材料決定了一代器件，一代器件決定了一代裝備，一代裝備也決定了一代的應(yīng)用。
今天的報(bào)告分五部分，第一是結(jié)合軌道交通的現(xiàn)狀談一下能源互聯(lián)網(wǎng)的特點(diǎn)和要求，第二是中車在電力電子器件和裝備的創(chuàng)新成果，第三是發(fā)展面臨的一些挑戰(zhàn)，第四是發(fā)展方向的展望，第五是建議。
軌道交通能源互聯(lián)網(wǎng)整個(gè)的架構(gòu)底層是基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，包括車輛、牽引供電、儲(chǔ)能和能源供應(yīng)所構(gòu)建的一個(gè)網(wǎng)絡(luò);中間層是信息通訊平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)能量流、信息流的交互，來實(shí)現(xiàn)整個(gè)的運(yùn)營調(diào)度和監(jiān)控;頂層則是利用大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)各個(gè)環(huán)節(jié)、效應(yīng)和效益的最大化。這是它的一個(gè)典型的能源互聯(lián)網(wǎng)體系，包括從傳統(tǒng)的發(fā)電、電網(wǎng)以及新能源發(fā)電、儲(chǔ)能裝置，以及自動(dòng)能量回饋裝置等等。
這是軌道交通能源互聯(lián)網(wǎng)基本的技術(shù)關(guān)聯(lián)圖，從理論的基礎(chǔ)研究，包括系統(tǒng)理論、信息科學(xué)、材料和工藝等等，去支撐能源互聯(lián)網(wǎng)的一些關(guān)鍵使能技術(shù)，包括電力電子技術(shù)、器件、微電網(wǎng)和智能傳感等等這些技術(shù)，再來推動(dòng)整個(gè)軌道交通系統(tǒng)的牽引變電所、車輛、網(wǎng)和通信之間的發(fā)展。
下面是軌道交通能源互聯(lián)網(wǎng)的一些特點(diǎn)，在大鐵路交通方面有一個(gè)因單相負(fù)載導(dǎo)致的三相不平衡問題;另外軌道交通是單相的27.5kV，電分相的時(shí)候會(huì)有一個(gè)速度的損失和能量的損失，同時(shí)牽引負(fù)荷的波動(dòng)比較頻繁、沖擊性比較大，某種意義上會(huì)影響鐵路自身運(yùn)營的安全性。在城市軌道交通或者有軌交通方面，更多的是單相的交/直供電，也會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)能量不能夠再利用，同時(shí)直流電壓不可控，波動(dòng)范圍比較廣，這是它的一些負(fù)面特點(diǎn)。
因此，提出了軌道交通能源互聯(lián)網(wǎng)對電力電子器件和裝備的要求，應(yīng)該是安全性、可靠性的要求比較高;同時(shí)要求整個(gè)裝備的電壓等級高、電流大、功率密度比較大;對于器件來說，因?yàn)槌休d電流大，為降低損耗，所以要求總體的導(dǎo)通壓降比較小;同時(shí)因?yàn)樨?fù)荷的特點(diǎn)，導(dǎo)致整個(gè)的浪涌電流大和系統(tǒng)的復(fù)雜性，要求抗系統(tǒng)短路能力也比較高。
第二部分是中車株洲所在電力電子器件與裝備方面的一些成果，希望對大家未來能源互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用有一個(gè)簡單的介紹性印象。功率半導(dǎo)體的發(fā)展是伴隨著株洲所的成立與發(fā)展，我們從1964年就開始了功率半導(dǎo)體的技術(shù)研究，2003年開始啟動(dòng)IGCT技術(shù)的研究，2008年我們通過并購英國的DYNEX公司進(jìn)入IGBT領(lǐng)域，2009年建成6英寸的雙級器件生產(chǎn)線、國內(nèi)首條高壓IGBT模塊封裝線，2011年開展了基于新一代材料SiC技術(shù)的研究。目前IGBT已應(yīng)用于軌道交通、輸配電領(lǐng)域，同時(shí)進(jìn)入了汽車領(lǐng)域。投資15億元建成的8英寸IGBT芯片生產(chǎn)線是亞洲第一條、世界第二條。投入35億元的汽車芯片生產(chǎn)線也已經(jīng)在立項(xiàng)階段。
目前整個(gè)功率半導(dǎo)體業(yè)務(wù)領(lǐng)域覆蓋了IGBT、IGCT、SiC以及功率組件，形成了“芯片—模塊—功率單元—整機(jī)”的完整產(chǎn)業(yè)鏈，同時(shí)我們在株洲以及英國林肯的海外研發(fā)中心之間實(shí)現(xiàn)了有效的協(xié)同。另外我們?nèi)〉昧藥讉€(gè)創(chuàng)新平臺(tái)，新型半導(dǎo)體器件有一個(gè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，也有國家能源局的大功率電力電子器件的研發(fā)中心，也是中國IGBT技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的理事長單位，以及歐洲電力電子協(xié)會(huì)的副主席單位。員工隊(duì)伍方面，專業(yè)從事功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的員工有1200多名。
關(guān)于目前中車功率半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的概況：一是關(guān)于IGBT，除了傳統(tǒng)的焊接式IGBT之外，我們還擁有壓接式IGBT;同時(shí)在SiC器件領(lǐng)域，除了SiC二級管、MOSFET，SiC的模塊也獲得了示范應(yīng)用;雙極器件方面，我們擁有IGCT以及大功率的用于高壓直流輸電的晶閘管，功率組件方面擁有乘用車的集成式功率組件以及特種電源用功率組件。
下面是關(guān)于中車在電力電子器件方面的創(chuàng)新成果：
1)首先在雙極器件技術(shù)領(lǐng)域，雙級平板型器件方面擁有世界最高電壓8500V、最大電流6500A的特高壓直流輸電用晶閘管，在自關(guān)斷器件方面是國內(nèi)唯一一家掌握IGCT全套技術(shù)的廠家，在功率組件方面擁有5英寸、6英寸晶閘管組件，已通過HVDC、中壓傳動(dòng)變頻器、機(jī)車動(dòng)車變流器等高端領(lǐng)域的應(yīng)用驗(yàn)證。
2)在IGBT的芯片技術(shù)領(lǐng)域，目前已經(jīng)掌握第四代和第五代高性能溝槽柵核心芯片技術(shù)，正在開發(fā)的是第六代精細(xì)溝槽技術(shù)，適用于不同領(lǐng)域的應(yīng)用。
3)在SiC器件技術(shù)方面，目前建成了國內(nèi)首條具備完整制造能力的SiC芯片生產(chǎn)線，同時(shí)與中科院微電子所開發(fā)的肖特基二級管技術(shù)也達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平，另外SiC模塊也在地鐵運(yùn)營、光伏以及電動(dòng)汽車上獲得了應(yīng)用。
4)在封裝技術(shù)方面，一個(gè)是單面焊接技術(shù)，目前應(yīng)用于1700V到6500V的高壓模塊以及600V-1700V的中壓模塊，采用壓接式技術(shù)的4500V/3000A模塊也通過了國網(wǎng)“張-北工程”的專家鑒定;同時(shí)我們采用了直接水冷技術(shù)從而具有更低的熱阻，采用超聲焊接技術(shù)的模塊可靠性更高;目前正在開發(fā)雙面焊接技術(shù)，通過直接的端子鍵合，在散熱等方面有更多的優(yōu)勢。
再介紹中車在能源互聯(lián)網(wǎng)裝備方面的創(chuàng)新成果：
1)鐵路的電分相裝備研制是鐵總的重大課題，以解決電分相帶來的掉電損失和機(jī)車故障;目前通過智能的電分相，可以使機(jī)車的失電時(shí)間從秒級轉(zhuǎn)化為小于15毫秒，同相位的情況下則在1.5毫米左右，這樣就基本沒有牽引力和速度的損失，提升了運(yùn)營的效率;目前在神朔鐵路已經(jīng)獲得了應(yīng)用，在最大坡度12‰的條件下解決了速度損失大和坡停的問題，總體提升了6%的線路運(yùn)能。
2)其次是鐵路平衡供電裝備，通過2個(gè)供電臂的能量融通，以實(shí)現(xiàn)供電后相對平衡并提升供電系統(tǒng)的整體利用率，實(shí)現(xiàn)對無功功率補(bǔ)償、電壓穩(wěn)定控制和諧波治理。
3)同時(shí)在推廣同向供電和分區(qū)的“電子開關(guān)”過分相，以實(shí)現(xiàn)整條線路虛擬貫通同相供電，提高“車-網(wǎng)”匹配性和運(yùn)營效益。
第三部分是電力電子器件和裝備面臨的挑戰(zhàn)：在器件方面，實(shí)際上是功率、頻率和效率三方面怎么樣去平衡，同時(shí)目前硅基器件技術(shù)已經(jīng)成熟，但已經(jīng)接近硅材料的極限，更高功率容量、更高工作溫度和更高的功率密度是未來電力電子器件的新型挑戰(zhàn);在裝備方面，也是面臨大功率與高集成度、高功率密度，以及低損耗和耐高溫的挑戰(zhàn)。
第四部分是發(fā)展方向展望：
1)在器件方面，怎么樣平衡和優(yōu)化導(dǎo)通、開關(guān)損耗以及安全的工作區(qū)，怎么樣不斷降低損耗并不斷提升安全工作區(qū)是現(xiàn)在面臨的挑戰(zhàn)。首先是更高的功率密度，包括了深亞微米的工藝、超結(jié)的IGBT和單片的集成;另外在新型的封裝技術(shù)方面，銅金屬化技術(shù)會(huì)逐漸取代鋁金屬化技術(shù)，同時(shí)采用壓接的封裝結(jié)構(gòu)以及低溫的銀燒結(jié)技術(shù);材料方面，基于寬禁帶半導(dǎo)體材料，特別是基于SiC的IGBT是未來的重點(diǎn)發(fā)展方向。
2)在裝備方面，更多的是電力電子的變壓器取代傳統(tǒng)的變壓器，以及能量路由器、能量彈簧、制動(dòng)能量回收、大功率無線充電、中壓直流斷路器等關(guān)鍵裝備的研制。這些設(shè)備在我們軌道交通都獲得了應(yīng)用，未來在其他的能源互聯(lián)網(wǎng)，我們也期待獲得更多的應(yīng)用。
3)關(guān)于新型的供電系統(tǒng)，結(jié)合軌道交通的牽引負(fù)荷特點(diǎn)，怎么樣把鐵路沿線的風(fēng)、光、火電廠和儲(chǔ)能裝置有效地協(xié)調(diào)利用起來，以實(shí)現(xiàn)一種新型供電方式，包括同向供電、能量融通裝置以及自動(dòng)過分相等，從而解決能源的提供、消耗和我們牽引性能的耦合，可能是我們要重點(diǎn)探討的。在其他方面，關(guān)于直流微網(wǎng)和變電所的智能住宅也是下一步要抓緊研究的，特別是鐵路沿線有很多的地方?jīng)]有民用的供電，或者說成本會(huì)比較高，該領(lǐng)域也可能是我們未來的研究重點(diǎn)。
第五部分談三點(diǎn)建議：第一是從國家層面或者是從行業(yè)層面用示范項(xiàng)目做支持，怎么樣聯(lián)合電網(wǎng)、鐵總和地方政府共同建設(shè)鐵路和城軌交通的能源互聯(lián)網(wǎng);第二是技術(shù)層面要突破鐵路和電網(wǎng)信息的融合、系統(tǒng)層面的保護(hù)機(jī)制，關(guān)鍵在電能變換裝置的研發(fā);在機(jī)制層面是更多地促進(jìn)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)和標(biāo)準(zhǔn)引導(dǎo)，同時(shí)怎么樣構(gòu)建多方收益共享的機(jī)制，并提供政策支持?？傊?，中車株洲所愿意在軌道交通的能源互聯(lián)網(wǎng)方面與大家一起構(gòu)建生態(tài)圈，及時(shí)推進(jìn)相關(guān)項(xiàng)目;同時(shí)關(guān)于電力電子器件與裝置方面，我們愿意從各種層面提供有效支撐，助推我們能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。
(本文根據(jù)發(fā)言嘉賓演講速記整理，未經(jīng)本人審核)
