电力电子器件在电力系统的应用

来源：职称阁分类：电子论文时间：2019-06-13 09:53热度：

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电力电子器件在电力系统的应用

　　关键词：碳化硅;电力电子器件;电力系统;应用研究

　　现代电力系统安全、稳定、高效，灵活控制水平不断提升，人们对其要求也越来越高，现代电网的管理以及其运行模式也不断发展。未来电网要求电力电子器件发展具备更高的电压以及功容量，并提高其可靠性。碳化硅作为新型材料，有高饱和电子漂移速率、高热导率等优点，有利于实现高压、大功率、高频以及高温应用的新型功率，在未来电网中有着非常大的潜力，在过去20年来获得快速发展，碳化硅电力电子器件在电力系统的应用前景被普遍看好。

　　1碳化硅电力电子器件相关概述

　　目前大功率的半导体器件在电力系统中应用非常广泛，对电力系统稳定性的提高有着至关重要的作用。这种大功率半导体器件的主要优势是变频、变流，器件的应用性能非常好。碳化硅电力电子器件在电力系统的应用效果佳，有着良好的电特性以及物理特性，在电力系统中应用广泛。另外，碳化硅是比较新型的半导体材料，其主要特性是高压高温。由于碳化硅是半导体材料，所以会造成电力系统存在一定温度以及电压上的不足。除此之外，随着碳化硅材料的发展应用，电力系统中逐渐应用其替代传统的器件，碳化硅电力电子器件的发展呈现出产业化趋势，这一定程度上促进了电力系统的进步，对电力系统的发展有着极为关键的影响。随着社会经济的不断发展，科学技术水平的进步，电动汽车的蓄电池充电、放电以及电机的控制都需要比较高性能的电子器件来实现，而且碳化硅电力电子器件具有比一般电子器件更强大的信息处理能力，所以碳化硅电力电子器件在未来的应用会越来越广泛。和一般的信息电力器件相比，碳化硅电力电子器件的电力电子器件损耗功能更大，所以在应用过程中要安装散热仪器，有利于提高电力系统的安全性。

　　2碳化硅电力电子器件在电力系统的应用分析

　　2.1固态变压器应用

　　当前我国大力发展智能网技术，而且分布式的发电系统应用广泛，因为碳化硅有着非常好的应用性能，所以在目前固态变压器中的应用十分广泛。碳化硅电力电子器件可以通过其自身的性能，对电力电子器件适应的温度和安全性进行有效提高。此外，电力系统中的漂移区和其电阻力、基区长度等都与电力电子器件有非常密切的联系。一般在电力系统中，电力技术人员会重视对击穿电场强度碳化开关控制器的利用。需要注意的是，电力电子器件的电阻率不能太高，而碳化硅电力电子器件的击区和其漂移区设置不能过长。重视电力电子器件工艺的有效利用，可以让有关器件的通态和器件电阻大幅度降低，还有利于器件工作效益的有效提升。和传统的变压器相比，固态变压器的供电质量比较好、效率非常快，兼具体积小、性能相对稳定等优势，有效解决传统变压器运行过程中存在的问题。

　　2.2柔性交流输电系统研究分析

　　经分析目前电力系统的发展现状可知，柔性交流电系统是市场上较为先进的技术，重视碳化硅电力电子器件的科学利用，有利于实现对系统电压、输电质量以及功率的合理控制。另外，这种系统有利于降低输电过程中的电能损耗，提高运行效益。与一般的硅材料进行比较，碳化硅材料击穿电场强度是其8倍左右，而且碳化材料的漂移速度也比普通材料漂移速度快。碳化硅材料的这些特征有利于提高电力电子硅器件运行的工作效益及效率，所以碳化硅电力电子器件的开关通态比普通电阻更低，而碳化硅材料的工作频率比普通硅材料的工作频率更高。碳化硅材料电力电子器件有比较好的热导率，所以在高温条件下这些器件也可以持续、高效、安全、稳定地运行。此外，碳化硅材料是当前市场上唯一可以通过热氧化法生产的半导体材料，这种特性使碳化硅材料和普通硅材料有相同的特性。一般通过熔体生成碳化硅材料难度是非常大的，而将碳化硅材料加热到一定程度时，其材料会发生升华作用。另外，碳化硅有非常高的耐压性，所以其在PACTS技术中的应用十分普遍。

　　2.3风力发电系统的应用

　　虽然风力发电在20世纪90年代才慢慢开始发展起来，但近年来风力发电技术的不断进步，所以当前风力发电技术水平非常高。变流器在风力发电系统中发挥着十分关键的作用，对风力发电系统的重要性不言而喻。利用整流器及逆变器，可以把风能转化为符合应用要求的电能，而转化电能的电压、频率及相应的指标，有利于提高发电效益，保证发电的安全可靠性。另外，原有的变流器拓扑结构主要有二电平和三电平，而且当前已经转向为多电平结构，所以一定程度上有利于降低消耗。碳化硅功率器在风力发电系统中因为其特性优良，有利于风力发电系统的进一步优化，所以要重视碳化硅电力电子器件在风力发电系统中的应用。

　　2.4光伏发电系统的应用

　　光伏发电系统主要是指太阳能的电池方阵、充放电控制器、逆变器、交流配电柜以及太阳跟踪控制系统等设备组成。光伏发电的原理是基于光伏电池的光生伏特效应，利用装置将光能变成可以使用的电能。光伏发电系统主要有光伏电池、蓄电池、控制器、逆变器以及变压器和测量器等。当前太阳能的开发利用水平较高，行业发展快速，但是在开发过程中，仍然存在一定问题制约着太阳能应用水平的进一步提高，比如太阳能输出功率不稳定、成本以及损耗比较高、功率密度比较小等。重视碳化硅电力电子器件的研究应用，有利于解决问题，提高太阳能的开发利用效益。

　　2.5电能路由器的应用研究

　　能量路由器最早是美国北卡莱罗纳州立大学于2008年提出，而且当时专家学者还提出了一种理论框架，倡导在电力系统中有效融合电力电子器件技术以及信息技术，实现配电网层面的能源互联网。基于美国北卡莱罗纳州立大学提出的能量路由器理念，第一代固态变压器电路拓扑问世，分别由高压级、隔离级以及低压级3大部分组成，将这3个等级用直流母线连接在一起，其中全桥模块都是由传统硅材料构成，造成桥模块的结构抗压性能比较差，开关频率非常低，而重视碳化硅材料的应用，能有效解决上述问题，提高应用效益。

　　3结束语

　　总之，碳化硅电力电子器件在电力系统中应用效果良好，对电力系统的发展进步有着至关重要的作用。碳化硅电力电子器件的应用，有利于充分发挥其耐高温、耐压等优势，提高电力系统运行的安全性，保证电力系统的运行效益。

　　参考文献：

　　[1]陈硕翼,张丽,唐明生,等.碳化硅电力电子器件技术发展现状与趋势[J].科技中国,2018,No.249(06):10-13.

　　[2]姜文海.试析碳化硅电力电子器件发展及其应用[J].中国高新技术企业,2015(36):37-38.

　　作者：杜元阳单位：郑州工业应用技术学院

文章名称：电力电子器件在电力系统的应用

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