国家电网智能研究院突破了一系列关键技术难点，开发出IGBT数字驱动器等一系列具有完全自主核心技术的产品。产品广泛应用于许多DC输电项目，帮助换流阀高效可靠地运行。 　　

　　科研人员对IGBT数字驱动器进行功能测试。 　　

　　绝缘栅双极晶体管(IGBT)驱动器是电力电子设备的关键部件，其核心技术一度被国外垄断。今年4月底，国网智能电网研究院有限公司“IGBT数字驱动关键技术及应用”项目科技成果通过中国电机工程学会鉴定。鉴定专家认为，该产品的整体技术达到了国际先进水平，其中IGBT状态检测与保护技术达到了国际先进水平。 　　

　　多年来，国网智院坚持深化IGBT数字驱动技术，突破了一系列关键技术难点，打破了国外技术垄断，形成了具有完全自主核心技术的系列产品，实现了产业化发展。产品广泛应用于许多DC输电工程，帮助IGBT换流阀连续、高效、可靠地运行。 　　

　　高端电力设备发展带动IGBT驱动核心技术国产化步伐加快 　　

　　张北500 kV柔性DC换流阀，阀塔内安装有IGBT数字驱动器。 　　

　　IGBT是能量转换和传输的核心装置，是提高能量转换效率的重要电力电子设备，从而减少碳排放，有助于实现二氧化碳排放峰值时的碳中和。国网智能院直流输电技术研究所所长何志远表示，为保证IGBT安全高效运行，必须配备专门的司机，既能发挥IGBT的最优性能，又能自主预测故障分类，采取精细化保护措施，最大限度降低IGBT的使用风险。高压电力电子设备工作条件复杂，控制精度高，故障发展快，电磁环境恶劣，对IGBT数字化驱动控制的保护功能要求高。IGBT的数字驱动器是实现电力电子设备智能化的核心部件，是IGBT设备可靠工作的控制器，相当于IGBT的“大脑”。 　　

　　在2013年之前，只有少数几家外国公司掌握了高压大功率IGBT驱动的核心技术，但他们对外界实行严格的技术封锁。而且国外的高压大功率IGBT驱动器存在调控性能差、保护功能单一、定制化程度低、抗电磁干扰性能差或者成本高的问题。 　　

　　为促进“双碳”目标的实现和新电力系统的建设，越来越多的特高压直流输电工程将建成或开工，这将在清洁能源的长距离、大容量输送中发挥重要作用。“IGBT作为高压直流换流阀的核心器件，其国产化和批量应用，使得IGBT驱动器的自主研发和关键技术的突破更加迫切。”何志远说。 　　

　　　　十年磨一“器”，打造IGBT智能“大脑” 　　

　　2008年以来，国网智院准确把握IGBT传动发展趋势，瞄准更先进的高压大功率IGBT数字化传动技术，抽调具有丰富IGBT理论研究、仿真、试验和工程应用经验的骨干科研实验人员，组建了IGBT数字化传动技术研究团队。依托国家科技重大专项(02专项)，国家重点研发；d计划和公司科技项目，团队先后攻克了动态特性平衡调节、各种故障精确保护、恶劣电磁环境耐受等关键技术难题，对设计方法、电路实现、大电流关断、故障保护、电磁防护、测试方法等进行了深入研究。并开发了一系列适用于各种类型IGBT的数字驱动器。产品通过了第三方环境试验、电磁兼容性试验、软硬件可靠性试验等型式试验。 　　

　　100 MW柔性DC换流阀IGBT模块的工作电压和电流接近安全工作区的极限，电磁环境极其恶劣。针对这一应用场景，IGBT数字驱动技术研究团队攻克了有源米勒箝位、复合电磁屏蔽、谐振软开关、恒定导通时间调频技术等高压大功率IGBT驱动核心技术，开发出适用于3300V/1500 A焊接IGBT模块的驱动器产品，解决了IGBT数字驱动器在强电磁环境下的电磁兼容设计和温升控制问题。为满足IGBT更高电压和电流水平的应用需求，国网智能院先后推出了适用于4500 V /2000 A和4500 V /3000 A压接IGBT模块的数字驱动器产品，形成了覆盖1700 ~ 6500 V的全系列IGBT数字驱动器产品 　　

　　“IGBT数字化驾驶的技术难点在于在百万分之一秒的时间尺度内精确控制IGBT的开启和关闭。传统模拟驱动器为了保证IGBT的开通和关断损耗满足要求，并使关断电压尖峰和反向恢复电流尽可能小，无法兼顾上述要求，这是难点之一。同时，在恶劣复杂的电磁环境下准确获取并快速识别故障信息，采取精细化、快速化的保护策略，确保IGBT免受高电压、大电流的冲击，也是另一个难点。”数字驱动技术研究团队技术负责人柯金坤说。 　　

　　为了满足电网系统的安全保护要求，IGBT应尽快判断故障电流，并保证可靠性。传统的IGBT驱动的短路电流不能满足电网故障条件的要求。针对故障电流上升趋势不同于正常电流的特点，数字驱动技术研究团队提出了一种基于电流上升趋势判断短路故障的方法，将故障保护时间从以前的8微秒降低到3微秒以内，大大降低了故障对IGBT器件本体的影响，实现了 　　

　　经过第三方检测机构认证，与国外同类产品相比，国网智研院研制的国产高压大功率IGBT数字驱动器抗电磁干扰能力提高了2个等级以上；产品通过对比测试表明，动态功耗降低了44%、电子元件温升降低了17摄氏度，而成本仅为国外同类产品的70%。

　　助力多项直流输电工程安全运行，器件国产化程度不断提高

　　2011年，国产高压大功率IGBT数字驱动器首次在上海南汇±30千伏直流输电工程中小批量试用，填补了国产化IGBT数字驱动在高压直流输电领域应用的空白。2015年，项目成果推广应用于±320千伏/100万千瓦厦门柔性直流输电工程，实现了与国外IGBT数字驱动产品的同台竞技，整体运行表现优异，投运至今实现零故障运行。

　　2016年12月份，在浙江舟山200千伏高压直流断路器项目应用现场，IGBT数字驱动技术攻关团队成员白建成说：“之前工程采用的是国外品牌的IGBT驱动器，产品在直流断路器试验期间，因无法耐受现场恶劣的电磁环境，频繁上报故障，导致试验无法进行。”而用国网智研院研发的IGBT驱动器100%替代国外产品后，世界首次±200千伏双极短路分断试验一次性通过。截至今年5月底，该工程直流断路器累计完成系统运行方式切换89次、直流海缆单双极短路故障清除5次。在此期间，驱动器运行稳定，助力直流断路器高效可靠运行。

　　在2017到2021年，项目成果先后应用于±420千伏/125万千瓦渝鄂背靠背工程、昆柳龙±800千伏混合多端直流输电工程以及三峡如东海上风电柔性直流输电工程。作为核心功率器件IGBT的控制和保护设备，国产高压大功率IGBT数字驱动器经受了高电磁辐射和恶劣环境的考验，发挥了快速保护换流阀核心设备IGBT的作用。该产品还应用在张北柔性直流电网试验示范工程四端带电组网中，工程解决了张北地区大规模风电可再生能源发电并网的问题，促成了张北新能源基地、丰宁抽水蓄能电站与北京负荷中心的隔空“牵手”，支撑了北京2022年冬奥会的绿电供应。

　　今年2月份，国产高压大功率IGBT数字驱动技术支撑我国中标德国Borwin6海上风电柔性直流输电工程。这标志着具有自主知识产权的IGBT数字驱动器具备了国际领先的核心竞争力，是国家电网公司推动技术、标准、装备一体化“走出去”的重要成果，对高质量共建“一带一路”、深化中欧绿色能源合作具有重要意义。

　　随着国内集成电路技术日趋成熟、芯片制造业蓬勃发展，IGBT驱动器未来将向器件国产化方向发展。国网智研院积极布局立项，着手进一步提升高压大功率IGBT驱动器国产化器件占比程度，力争早日将驱动器的国产化器件占比提升到100%，开展相应的型式试验验证产品性能，并推广至输电工程应用。这将有力带动国产化集成电路的品质提升，助推上下游产业协同发展。