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1、在电网应用层面，功率半导体器件主要应用于直流输电、灵活交流输电（FACTS）、新能源发 电等领域，为电网技术的发展和进步起到了巨大的推进作用。随着直流输电/柔性直流、灵 活交流输电、分布式电源等技术的应用，电网将具有一些柔性。电力电子技术的发展，尤其 是功率半导体器件的快速发展，将使功率半导体器件在电网发电、输电、变电和用电各方面 得到更为广泛的应用，整个电网朝电力电子化方向加速发展，最终从根本上改变电网的形态 和物理性质。柔性电网从物理特性上讲，传统的刚性电网将变为柔性电网，刚性电网和柔性电网的不同体现在， 发电中，刚性电网采用水轮机、汽轮机、柴油机，而柔性电网使用光伏加换流器、风力加换 流
2、器、燃料电池加换流器；输电中刚性电网采用不可控交流，而柔性电网采用灵活交流输电、直流输电、柔性直流、 直流电网；变电中刚性电网采用油浸式变压器、干式变压器，真空断路器、SF6断路器，电 容器、电抗器、调相机，无源滤波器，而柔性电网采用电力电子变压器，直流断路器、固态 开关，STATCOM、SVC、CSR、SSSC、TCSC，有源电力滤波器、统一电能质量调节器；刚性电网可用于白炽灯、电动机等电阻性、电感性负载，柔性电网可用在数据中心、电气 化铁路、变频调速、智能家用电器、电动汽车充电、数码设备、变频空调、无刷直流电机。从材料特性上讲，过去的铜铁电网将变为半导体电网。可见，功率半导体器件对电网发展
3、 的影响是根本性的、颠覆性的，不仅带来电力电子装置的升级换代，而且对电网的柔性化发 展必不可少。毫无疑问，整个电网向半导体化发展过程中对功率半导体器件需求是巨大的， 市场容量非常广阔。为满足FACTS和HVDC对大功率的要求，器件的电压电流参数需要进一步提升，至少需要 研制出4500V/3000A和4500V/5000A的IGBT。在器件技术方面，IGBT和FRD仍有较大优化 空间和潜力，针对应用的定制化设计是一个重要的发展趋势，如低通态压降IGBT、高短路 关断能力IGBT等。柔性电网对功率半导体器件的特性有其个性化要求，如希望器件采用压接型，以获得大容 量和好的散热性能；低通态压降，以提高
4、装置整体效率；失效时短路，以使相应电路保持通 路；高可靠性，以确保电网的可靠运行；高短路电流耐受能力和开断能力，以承受数十千安 的故障电流并能可靠关断。柔性变电站柔性变电站由电力电子变压器、固态断路器、母联柔性控制器等电力电子装置构成，可提 高电网潮流调控能力，能实现多种新能源柔性接入、储能设备直接接入、直流负荷直供和多 个柔性变电站之间互联，可作为交直流电网的枢纽，在实现交直流电网混联及交直流负荷混 供的同时，可快速切除故障与自愈。柔性变电站对功率器件的个性化需求包括:应是高电压、大功率，以减少换流器模块数量，简化拓扑结构，降低控制复杂度，减少占地、体积和重量；应是高可靠性的，以确保电网可 靠运行；应是低通态压降、开关损耗小的，以降低损耗，减少散热要求；应是高开关频率的， 以减少体积和可听噪声污染；应是高结温的，以提高可靠性，减少散热要求。
柔性电网、柔性变电站的发展
