“十一五”国家科技支撑计划重点项目“电力电子关键器件及重大装

“十一五”国家科技支撑计划重点项目“电力电子关键器件及重大装备研制”课题申请指南一、指南说明“十一五”国家科技支撑计划重点项目《电力电子关键器件及重大装备研制》依据《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》的任务要求设置。此次发布的课题申请指南，重点支持研制IGBT、FRD及PEBB关键技术，中高压百MVA级链式及多电平变流器，电能质量复合控制技术，分布式供能系统高压变流器及软开关技术，铁路同相供电，机车牵引变流器，城市轨道牵引传动系统及能馈式牵引供电等。本项目拟支持7个课题，实施年限为3年。为充分调动各有关部门、地方政府、科研院所、大专院校和企业的主动性和积极性，促进科技资源优化配置，本项目采取公开申报方式择优选择课题承担单位。二、指南内容课题一新型电力电子器件及电力电子集成技术（一）研究目标研究和掌握IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、FRD（快恢复二极管）和全套设计技术、生产制造工艺技术、封装技术、试验和检测技术,可靠性和失效分析技术等，为我国电力电子装置提供有自主知识产权的IGBT系列器件。研究和掌握标准化和通用化的电力电子组件(PEBB)的设计和制造工艺技术、集成化的电力电子变流器和PEBB标准单元的设计和制造技术。（二）研究内容（申请课题须涵盖以下所有内容）1.IGBT芯片。研制出75A/1200～1700VIGBT，研制出100A/1200～1700VIGBT。2.FRD芯片。研制出75A/1200～1700VFRD，研制出100A/1200～1700VFRD。3.IGBT单管。研制出75A～100A1200VIGBT单管。4.FRD单管。研制出75A～100A1200VFRD单管。5.IGBT模块。研制出100A/1200～1700VIGBT模块，研制出400A/1200VIGBT模块。6.标准化和通用化的电力电子组件(PEBB)系列。1～500kW系列PEBB，5个规格。7.集成化PEBB系列。1～30kW集成化PEBB标准单元，3个规格。8.集成化电力电子变流器。100W、500W和1kW集成化DC-DC变换器。（三）考核指标研制出上述IGBT芯片、单管、模块各100只；FRD芯片、单管各100只。完成产品定型并通过可靠性试验：高温反偏、高温栅偏、温度循环、功率循环、温度和湿度试验。单管和模块用关键零部件国内生产配套；IGBT芯片、单管、模块主要技术参数达到目前国际同类产品水平；关键技术具有自主知识产权，申请国家发明专利、实用新型专利5项以上。研制出不少于5个规格的PEBB，每个规格2个样品，其中最大功率的PEBB不小于500kW。研制出不少于3个规格的集成化PEBB单元，每个规格不少于2个样品，其中最大功率的集成化PEBB不小于30kW。研制出100W、500W和1kW的高功率密度集成化DC-DC变换器各5个样品。制定出PEBB产品系列的行业或国家标准（报批稿），在PEBB的结构、工艺、集成和封装方面掌握具有自主知识产权的关键技术，申请国家发明专利、实用新型专利5项以上。主要技术参数：1.IGBT芯片和单管主要参数（典型值）规格电流反向阻断电压通态压降开通时间关断时间75A/1200V75A1200V1.8～3.5V200～350ns400～650ns100A/1200V100A1200V1.8～3.5V200～350ns400～650ns75A/1700V75A1700V2.0～4.0V200～350ns600～950ns100A/1700V100A1700V2.0～4.0V200～350ns600～950ns测试条件:静态参数测试温度为25℃，动态参数测试为125℃额定电流下。2.FRD芯片和单管主要参数（典型值）规格电流反向阻断电压正向压降反向恢复时间反向恢复电荷75A/1200V75A1200V1.8～3.0V200～500ns4～20uC100A/1200V100A1200V1.8～3.0V200～500ns4～20uC75A/1700V75A1700V2.0～3.5V400～700ns20～60uC100A/1700V100A1700V2.0～3.5V400～700ns20～60uC测试条件:静态参数测试温度为25℃，动态参数测试温度为125℃额定电流下。3.IGBT模块主要参数（典型值）规格电流反向阻断电压通态压降开通时间关断时间100A/1200～1700V100A1200～1700V2.0～4.0V200～350ns600～950ns400A/1200V400A1200V1.8～3.5V200～350ns400～650ns测试条件:静态参数测试温度为25℃，动态参数测试温度为125℃额定电流下。4.PEBB：直流母线电压400～1100VDC，输入或输出电压220～690VAC，功率1～500kW。5.集成化PEBB：直流母线电压400～650VDC，输入或输出电压220～380VAC，功率1～30kW。功率密度不低于6W/cm3。6.集成化DC-DC变换器：规格1：输入电压5～12V，输出1～10V，输入输出不隔离，功率100W，功率密度30W/cm3规格2：输入电压36～72V，输出5～12V，输入输出隔离，功率500W，功率密度30W/cm3规格3：输入电压400V，输出电压12～60V，输入输出隔离，功率1kW，功率密度6W/cm3（四）课题承担单位要求课题承担单位应该由具有新型电力电子器件IGBT及电力电子集成技术研发能力，有雄厚的技术经济实力，有研发过IGBT及电力电子集成技术业绩的单位组成的“产学研”联合体联合申报。（五）经费预算国拨经费拟安排5800万元。承担单位自筹资金与国拨经费比例不低于2:1。（六）执行年限2007年10月至2010年10月。课题二中高压、百MVA级链式及多电平变流器与静止补偿器研制（一）研究目标研制出用于电力系统的基于35kV/1700A链式结构高压大容量变流器及其构成的35kV100MVA新型静止补偿器；研制出用于冲击性负荷补偿的基于多开关器件（IGCT或IGBT）串联的35kV/400A三电平高压大容量变流器及其构成的35kV20MVA新型静止补偿器。（二）研究内容（申请课题须涵盖以下所有内容）研究掌握适用于链式结构连接的高压大容量变流器（输出电压1.5kV，电流大于1700A）技术，该变流器具有晶闸管旁路电路、直流侧接高压大容量脉冲电容器，具有简单的低损耗缓冲电路，及直流侧电压平衡调节电路，全部采用光纤输入；研究掌握多链节（20个以上）串联连接技术，使链式变流器能输出35kV电压，可以不经变压器直接接入35kV电网；研究掌握20个以上串联链节脉冲分配及控制技术，使得变流器的工作损耗低、输出电压谐波小，能够确保各链节直流侧电压与平均电压在静态与动态过程中均保持在允许的范围之内；研制完成基于35kV/1700A链式变流器的新型静止补偿器产品，研究掌握其控制与保护技术；研究掌握等效测试技术，可以对高压大功率模块进行有效的测试同时保证测试成本低；研究掌握10个以上的IGBT/IGCT器件串联均压及驱动技术。研究掌握35kV20MVA三电平或多电平无缓冲或简易缓冲电路变流器的结构设计制造技术与脉冲控制技术；研制完成基于35kV20MVA三电平或多电平变流器的静止补偿器产品，研究并掌握其控制与保护技术；研究解决链式变流器及三电平变流器的散热问题。完成编制6～35kV，几MVA～百MVA变流器技术的行业标准建议。（三）考核指标研制基于链式结构的35kV/1700A高压大容量变流器的35kV100MVA新型静止补偿器一台，通过等效额定工况运行试验、电介质强度试验、等效过流、过压保护试验，完成产品定型并通过型式认证，产品额定容量时工作效率不低于99％。链式结构变流器各链节直流侧电压静态及动态偏差不超过平均值50V，变流器输出电压谐波总谐波畸变率不超过5％（50次以下），新型静止补偿器装置响应速度小于10ms，过载能力不低于1.5倍（2秒），平均无故障时间4000小时，除开关器件外所有关键技术均拥有自主知识产权。研制基于三电平结构的35kV/400A高压大容量变流器的35kV20MVA新型静止补偿器一台，通过等效额定工况运行试验、电介质强度试验、等效过流、过压保护试验，完成产品定型并通过型式认证，产品额定容量时工作效率不低于97％。变流器输出电压谐波总畸变率不超过6％（50次以下），直流侧电压不平衡不超过平均值的5％，新型静止补偿器响应速度小于10ms，过载能力不低于1.5倍（2秒），平均无故障时间4000小时，器件串联技术及控制、保护技术等均拥有自主知识产权。（四）课题承担单位要求课题承担单位应该是具有高压大电流变流器特别是链式变流器、多电平变流器研制能力、有雄厚的技术和经济实力和产业化能力的“产学研用”联合体。（五）经费预算国拨经费拟安排3000万元。承担单位自筹资金与国拨经费比例不低于2:1。（六）执行年限2007年10月至2010年10月。课题三电能质量复合控制技术及装置（一）研究目标研制2MVA可控电压质量扰动发生装置及其对应的复合电压质量调节装置样机，研制1MVA可控负荷用电品质扰动发生装置及其对应的复合电流质量调节装置样机，为电网电能质量的测量、分析、评估和控制建立基础平台，并提供能有效解决电能质量问题的设备基础。其中，复合电压质量调节装置能实现动态电压恢复（DVR）、有源滤波（APF）、短路电流限制（FCL）及负荷电压调整的多目标控制，大幅度改善敏感负荷的电压质量；复合电流质量调节装置能实现快速补偿负荷的波动有功功率、无功功率和谐波，使系统侧只需向负荷提供单位功率因数、电流波形正弦、没有冲击的有功功率,以有效改善负荷品质，提高电能质量。（二）研究内容（申请课题须涵盖以下所有内容）研究大容量可控电压质量扰动发生装置及复合电压质量调节装置，大容量可控负荷用电品质扰动发生装置及复合电流质量调节装置的总体设计技术，包括：电路拓扑设计、装置中电力电子器件的全工况应力计算和分析；大容量换流器的模块化技术；分部件接口技术；冷却与保护技术；器件和模块失效冗余技术；装置控制策略和高效调制算法；装置在复杂系统条件下的适应性设计。编制大功率复合电压质量调节装置和复合电流质量调节装置的技术规范，形成指导企业的生产性技术文件。（三）考核指标研制2MVA的可控电压质量扰动发生装置和对应的复合电压质量调节装置，1MVA可控负荷用电品质扰动发生装置和对应的复合电流质量调节装置样机各1套。装置变流器主电路、监控系统、冷却系统等关键零部件国内研制；装置样机现场运行考核1000小时以上。主电路、控制保护、系统适应性、可靠性设计等关键技术具有自主知识产权。申请发明专利5项，实用新型专利5项。主要技术参数符合国家标准（或IEC标准）的规定。1.可控电压质量扰动发生装置技术指标装置电压等级：10kV；最大容量：2MVA；电压暂降范围：下降深度90%～50%的额定电压，且连续可调，持续时间0.5个工频周期～1分钟；电压变动范围：20%；三相不平衡度：20%；过电压：1.5倍额定电压；欠电压：0.5倍额定电压；电压谐波：最大谐波次数不小于25次；波动与闪变：工频基波上叠加幅度范围0～20%额定电压，频率范围0.5～25Hz的调制波形，调制波包括正弦波和方波两种形式；过载能力：120%额定容量，30分钟。2.复合电压质量调节装置的技术指标装置电压等级：10kV；最大容量：2MVA；装置负荷侧总电压畸变率THD小于4%；当电源侧发生电压降（升）幅50%以下的电压暂降（暂升）故障时，在规定的故障持续时间内将负荷电压补偿到额定电压5%范围内；负荷侧发生短路故障时，在0.5工频周期内将短路电流限制到短路保护可靠动作的最低限值；装置运行方式阶跃响应速度小于5ms。3.可控负荷用电品质扰动发生装置技术指标装置电压等级：10kV；最大容量：1MVA；电流谐波范围：最大谐波次数不小于17次；负荷三相不平衡度：0～50%可调；工频基波上叠加幅度范围0～50%的额定电流，频率范围