尊敬的各位專(zhuān)家、各位領(lǐng)導(dǎo)：

大家上午好!我們都知道中車(chē)是做高鐵、做重載機(jī)車(chē)的，株洲所作為中車(chē)的一級(jí)子公司，主要是做其中一些核心的裝備，就是我們說(shuō)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(guó)中車(chē)2015年由南車(chē)和北車(chē)合并成立，之后習(xí)總書(shū)記三次進(jìn)行了視察，其中要求我們把握優(yōu)勢(shì)、乘勢(shì)而為，做強(qiáng)、做優(yōu)、做大。我們認(rèn)為當(dāng)前社會(huì)的大勢(shì)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(guò)信息化的手段來(lái)把數(shù)字化和智能化聯(lián)通起來(lái);另外一個(gè)勢(shì)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(guò)互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)系構(gòu)建一個(gè)更大的系統(tǒng)，來(lái)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(guò)程中，習(xí)總書(shū)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(jí)、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(chē)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(chē)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(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)的運(yùn)營(yíng)調(diào)度和監(jiān)控;頂層則是利用大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)來(lái)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(lái)推動(dòng)整個(gè)軌道交通系統(tǒng)的牽引變電所、車(chē)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(wèn)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(yíng)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(duì)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(jí)高、電流大、功率密度比較大;對(duì)于器件來(lái)說(shuō)，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(chē)株洲所在電力電子器件與裝備方面的一些成果，希望對(duì)大家未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用有一個(gè)簡(jiǎn)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(kāi)始了功率半導(dǎo)體的技術(shù)研究，2003年開(kāi)始啟動(dòng)IGCT技術(shù)的研究，2008年我們通過(guò)并購(gòu)英國(guó)的DYNEX公司進(jìn)入IGBT領(lǐng)域，2009年建成6英寸的雙級(jí)器件生產(chǎn)線、國(guó)內(nèi)首條高壓IGBT模塊封裝線，2011年開(kāi)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(chē)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(chē)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?cè)谥曛抟约坝?guó)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，也有國(guó)家能源局的大功率電力電子器件的研發(fā)中心，也是中國(guó)IGBT技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的理事長(zhǎng)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(zhuān)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(chē)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(jí)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(chē)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(chē)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(jí)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(guó)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(guò)HVDC、中壓傳動(dòng)變頻器、機(jī)車(chē)動(dòng)車(chē)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(kāi)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(guó)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(kāi)發(fā)的肖特基二級(jí)管技術(shù)也達(dá)到了國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，另外SiC模塊也在地鐵運(yùn)營(yíng)、光伏以及電動(dòng)汽車(chē)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(guò)了國(guó)網(wǎng)“張-北工程”的專(zhuān)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(kāi)發(fā)雙面焊接技術(shù)，通過(guò)直接的端子鍵合，在散熱等方面有更多的優(yōu)勢(shì)。

再介紹中車(chē)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(lái)的掉電損失和機(jī)車(chē)故障;目前通過(guò)智能的電分相，可以使機(jī)車(chē)的失電時(shí)間從秒級(jí)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(méi)有牽引力和速度的損失，提升了運(yùn)營(yíng)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(wèn)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(guò)2個(gè)供電臂的能量融通，以實(shí)現(xiàn)供電后相對(duì)平衡并提升供電系統(tǒng)的整體利用率，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)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(kāi)關(guān)”過(guò)分相，以實(shí)現(xiàn)整條線路虛擬貫通同相供電，提高“車(chē)-網(wǎng)”匹配性和運(yùn)營(yíng)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(lái)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(kāi)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(lái)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(wú)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(lái)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(lái)，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(guò)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(shuō)成本會(huì)比較高，該領(lǐng)域也可能是我們未來(lái)的研究重點(diǎn)。

第五部分談三點(diǎn)建議：第一是從國(guó)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。總之，中車(chē)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?cè)敢鈴母鞣N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)