“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
发布时间：2007-07-31作者：中飞咨询来源：科技部点击：
“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。
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。
1. IGBT芯片。研制出75A/1200～1700V IGBT，研制出100A/1200～1700V IGBT。
2. FRD芯片。研制出75A/1200～1700V FRD，研制出100A/1200～1700V FRD。
3. IGBT单管。研制出75A～100A1200V IGBT单管。
4. FRD单管。研制出75A～100A1200V FRD单管。
5. IGBT模块。研制出100A/1200～1700V IGBT模块，研制出400A/1200V IGBT 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。
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）
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规格 |
电流 |
反向阻断电压 |
通态压降 |
开通时间 |
关断时间 |
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75A/1200V |
75A |
1200V |
1.8～3.5V |
200～350ns |
400～650ns |
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100A/1200V |
100A |
1200V |
1.8～3.5V |
200～350ns |
400～650ns |
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75A/1700V |
75A |
1700V |
2.0～4.0V |
200～350ns |
600～950ns |
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100A/1700V |
100A |
1700V |
2.0～4.0V |
200～350ns |
600～950ns |
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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）
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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 |
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75A/1200V |
75A |
1200V |
1.8～3.0V |
200～500ns |
4～20uC |
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100A/1200V |
100A |
1200V |
1.8～3.0V |
200～500ns |
4～20uC |
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75A/1700V |
75A |
1700V |
2.0～3.5V |
400～700ns |
20～60uC |
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100A/1700V |
100A |
1700V |
2.0～3.5V |
400～700ns |
20～60uC |
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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）
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规格 |
电流 |
反向阻断电压 |
通态压降 |
开通时间 |
关断时间 |
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100A/1200～1700V |
100A |
1200～1700V |
2.0～4.0V |
200～350ns |
600～950ns |
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400A/1200V |
400A |
1200V |
1.8～3.5V |
200～350ns |
400～650ns |
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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30 W/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
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。
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。
2007年10月至2010年10月。
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35kV 100MVA 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35kV 20MVA 新型静止补偿器。
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35kV 20MVA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35kV 20MVA 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。
研制基于链式结构的35kV/1700A高压大容量变流器的35kV 100MVA 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35kV 20MVA 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。
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。
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。
2007年10月至2010年10月。
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。
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。
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0.5～25Hz的调制波形，调制波包括正弦波和方波两种形式；
功率因数可超前、滞后，并在0～1范围连续可调；
过载能力：120%额定容量，30分钟。
4.复合电流质量调节装置技术指标
装置电压等级：10kV；最大容量：1MVA；
补偿谐波范围：最大补偿的谐波次数不小于17次；
装置运行方式阶跃响应速度小于5ms；
注入系统的谐波电流总畸变率小于3%。
课题承担单位应该是具有大型电力电子设备研制能力、有雄厚技术经济实力和产业化能力的“产学研用”联合体。
国拨经费拟安排1700万元。承担单位自筹资金与国拨经费比例不低于2:1。
2007年10月至2010年10月。
优先采用我国自主研发的大功率IGCT器件，研制分布式供能系统3MW/6kV高压IGCT并网变流器；掌握高压并网变流器产业化关键技术，形成相应的技术规范和标准建议，实现高压IGCT并网变流器的完全自主知识产权；根据分布式供能系统的特点，研制1.5MW功率等级软开关变流器，掌握大功率并网变流器软开关关键核心技术，并在实际系统中完成运行考核。
研究掌握分布式供能系统3MW/6kV高压IGCT并网变流器技术及高压发电机技术；研究掌握3MW/6kV分布式供能系统高压并网变流器试验平台技术；研究掌握大功率IGCT组件技术和应用技术；研究掌握分布式供能系统1.5MW软开关变流器技术和实验技术。
完成具有自主知识产权的分布式供能系统高压IGCT并网变流器及高压发电机的研制和试验平台建设，研制完成1台3MW/6kV高压IGCT并网变流器样机；形成分布式供能系统高压并网变流器技术规范和标准建议，电磁辐射量满足相关国际标准；研制完成1台1.5MW软开关变流器样机并完成在实际系统中的运行考核，电磁辐射量满足相关国际标准。
1.分布式供能系统高压IGCT并网变流器
额定功率 3MW
交流侧额定电压 6kV
变流器主功率器件 4500V系列IGCT器件
变流器变换效率 ≥95%（额定功率情况下）
网侧功率因数 ≥0.98（可根据需要调节）
网侧电流谐波（THD） ≤5％
变流器冷却方式 水冷
变流器适用环境温度 -30℃～+50℃
2.高压IGCT并网变流器试验平台
试验平台采用能量互馈方式，具有试验数据的集中采集和处理功能，能够对高压电机和高压并网变流器进行试验，满足3MW/6kV高压并网变流器满功率试验的需要。
3.分布式供能系统软开关变流器
额定功率 1.5MW
交流侧额定电压 690V
变流器主功率器件 IGBT器件
变流器变换效率 ≥97%（额定功率情况下）
软开关工作范围 50%额定功率以上
网侧功率因数 ≥0.98（可根据需要调节）
电机侧dv/dt ≤500V/us
网侧电流谐波（THD） ≤5％
适用环境温度 -30℃～+50℃
满足国内MW级风力发电系统对并网变流器的要求，并在实际的风力发电系统中完成不少于1500小时的运行考核。
4.申请各种专利10项以上，申请软件著作权5项以上。
本课题要求课题申请单位有前期研究基础，具备大功率电力电子器件和装置开发实力和相应的试验研究设备，以及经费配套支持。要求大功率IGCT器件研发机构，大功率分布式供能系统整机厂商和具有器件集成技术、电力电子控制技术或经验的单位，和实际应用该技术的电力企业，组成“产学研用”联合体联合申报。
国拨经费拟安排2500万元，承担单位自筹资金与国拨经费比例不低于2:1。
2007年10月至2010年10月。
研制基于当代电力电子集成与控制技术的10～20MVA同相供电装置样机，为铁路新型牵引供电系统提供设备基础。
研究适用于同相牵引供电系统的牵引变压器接线方式，实现与同相供电装置的最佳配合；研究掌握同相供电系统功率潮流控制技术，使同相供电装置损耗降低、输出谐波小，能够确保输出电压在各种负荷情况下均保持在允许的范围之内，满足IEC相关标准和国标；研究掌握以满足实际需要为约束条件的同相供电系统功率潮流控制器的容量设置优化技术；研究掌握同相供电系统同比常规牵引供电系统的技术经济性评估方法；研究掌握10～20MVA同相供电装置制造技术；完成同相供电系统功率潮流控制器的工程化试验，并形成基于同相供电装置的供电设计技术。
研制生产10～20MW电气化铁路同相供电装置样机1台，通过等效额定工况运行试验、电介质强度试验以及过流、过压保护试验，完成产品定型并通过型式认证，能够实现有功功率及无功功率的传递。所有装置关键技术具有自主知识产权。
主要技术指标为：同相供电装置输出交流电压20～30kV可调，电压畸变率小于5％、电流谐波畸变率小于5％（50次以下）。变流器部分对于有功功率及无功功率控制的响应速度小于10ms。各种电力机车负荷情况下，牵引变电所高压侧功率因数不低于0.95,电压不平衡度（负序电压与正序电压的比值）小于2％。装置使用寿命20年并符合国家相关标准或IEC标准。
课题承担单位应该是具有大型电力电子设备研制能力、有雄厚技术经济实力和产业化能力的“产学研”联合体。
国拨经费拟安排1400万元。承担单位自筹资金与国拨经费比例不低于2:1。
2007年10月至2010年10月。
完成用于高速(120km/h)货运电力机车的3×1600kw通用牵引变流器与控制(含辅助变流器)产业关键技术开发和装置研制，为我国高速重载轨道货物运输装备及相关行业提供主流机型。
研究掌握牵引变流器(脉冲整流器和牵引逆变器)主电路最佳拓扑结构、冷却方式、设计与制造技术以及结构设计准则与EMC技术；研究掌握传动控制策略、控制算法，控制器的硬、软件实现技术。
3×1600kW牵引变流器样机1套，并完成地面系统等效试验。符合如下要求：
1.使用环境条件
海拔高度：≤2500m
环境温度（遮荫处）：-25℃～+40℃
最大相对湿度（该月月平均最低温度不低于25℃）：90%
环境条件：能承受风、雨、雪、严重的煤尘、沙尘和含盐空气
冲击加速度 ：≥3g
2.主要技术指标
供电电源 AC 单相25KV 50Hz
额定中间直流电压： DC3500 V （根据系统参数可作调整）
允许最高工作直流电压： DC4300 V
主逆变器额定输出电流： 400 A
变流器主功率器件 IGBT元件
质量： ＜3500 kg
外形尺寸： ＜3400 mm×1060 mm×2000 mm(L×W×H)
额定效率： 97.5 %（脉冲整流器99.5 %；逆变器99 %）
可靠性指标：（脉冲整流器或逆变器）失效率- 2.08E-05 1/hr.
两次故障之间的平均时间(MTBF) - 4.81E+04 hrs.
控制器功能：牵引变流系统的逻辑控制；四象限脉冲整流器控制；PWM逆变器控制；机车粘着控制；变流系统的保护、故障记录、诊断；辅助逆变器控制。
3.辅助逆变器：
额定直流输入电压： 3500 V
额定输出交流电压: 三相440V(或380V)
额定输出容量： 200kVA
最大输出容量： 400kVA
课题承担单位应该是具有大型电力电子设备研制能力、有雄厚的技术和经济实力和产业化能力的“产学研”联合体。
国拨经费拟安排3100万元。承担单位自筹资金与国拨经费比例不低于2:1。
2007年10月至2010年10月。
完成2MW能馈式牵引供电系统样机的研制；完成2×180kW地铁动车用交流牵引传动系统及辅助变流系统样机的研制。总体技术达到国际先进水平，并形成独立设计规范和技术标准。
研究地铁动车用牵引传动系统（牵引逆变器）的主电路拓扑结构及数学模型仿真；研究掌握牵引传动系统的控制策略、电磁兼容性技术、集成化技术、保护技术、冷却技术和可靠性技术；研究掌握牵引传动系统状态参数监测、故障诊断、传感器网络、防空转防滑行智能控制技术及安全控制技术；研究掌握牵引供电系统模型，牵引供电系统稳定性分析、牵引供电系统故障诊断技及安全保护技术；研究掌握电网能量的智能化管理和网络监测技术；研究掌握大功率PWM整流器技术，包括：主电路拓扑、控制策略、电磁兼容性设计、集成化、冷却、可靠性设计、监测、故障诊断及保护技术。研究掌握大功率PWM整流器、牵引逆变器、牵引电机和辅助变流系统（辅助变流器、辅助电机及控制系统）设计制造技术；形成相应的工程技术规范建议。
完成2MW能馈式牵引供电系统样机的研制，动态响应速度和电压稳定性满足地铁牵引供电系统的要求；完成2×180kW地铁动车用交流牵引传动系统及辅助变流系统样机的研制，加速度和剩余加速度等各项指标均满足系统的要求；牵引供电系统、牵引传动系统及辅助变流系统均满足可靠性、可维护性、可用性、可拓展性和安全性要求；牵引供电系统、牵引传动系统及辅助变流系统应为冗余设计，具有故障保护功能和故障自诊断功能；大功率PWM整流器效率（额定功率情况下）：≥92%；牵引逆变器效率（额定功率情况下）：≥92％；变流系统总谐波含量：<5%，电磁兼容性符合可靠性运行要求；电磁辐射量满足相关国际标准；申请专利4项以上。
课题承担单位应该是具有大型电力电子设备研制能力、有雄厚的技术和经济实力和产业化能力的“产学研”联合体。
国拨经费拟安排2500万元。承担单位自筹资金与国拨经费比例不低于2:1。
2007年10月至2010年10月。
1、凡在中华人民共和国境内注册，具有独立法人资格的内资或内资控股企业、事业单位均可申报。
2、鼓励产学研联合。多个单位联合申报的，各方须签订联合申报合作协议，明确约定项目申报单位、参与单位承担的工作任务、责任和经费。
3、申报单位必须是行业骨干机构，具备较强的研制和开发能力，良好的运行管理机制，能够提供足够数量的配套资金和相关的配套条件，单位信誉度好。
4、课题负责人一般应具备以下条件：
具备中华人民共和国国籍；年龄在60岁以下（按签订课题任务书时计算）；具备高级职称；每年（含跨年度连续）离职或出国的时间不超过三个月；过去三年内没有国家科技计划信用管理不良记录。
中央和地方各级政府公务员（包括行使科技计划管理职能的其他人员）不得作为课题负责人。
5、课题负责人及主要参加人员不得违反以下限项申请的规定：
每一位课题负责人同期只能主持一项国家主要科技计划（包括973计划、863计划、支撑计划等）课题。作为主要参加人员同期参与的国家主要科技计划课题数（含负责主持的课题数），不得超过两项。有关规定严格按《国家科技计划项目承担人员管理的暂行办法》（国科发计字[2002]123号文件）执行。
1、申报材料
申报材料包括《国家科技支撑计划课题申报书》一式15份，一律采用A4纸打印，申报书及其附件装订成册（不要加塑料封皮），应加盖申请单位公章（至少有一份为正本，并在封面右上角注明）。
《国家科技支撑计划课题申报书》的格式及编制要求，请登录科技部门户网站（http://www.most.gov.cn/）。
2、申报材料受理：
受理单位：科技部高技术研究发展中心
邮政地址：北京市海淀区三里河路1号西苑饭店九号楼5913办公室
邮政编码：100044
3、申请截止日期：2007年8月30日
4、联系人：季常煦 010-68339028，孙鸿航 010-58881538
申报材料电子版请发电子邮件至jicx@htrdc.com。
科学技术部高新技术发展及产业化司
二○○七年七月三十一日