碳化硅

近年来，随着直流输电工程的快速发展以及直流负载的广泛应用，高可靠、低成本的直流断路器研究日益受到人们的关注。然而，目前尚未完全形成系统的直流保护理论体系与快速直流断路器技术，难以保障直流电网的安全可靠运行，阻碍了其进一步发展。本报告，首先对直流配电网的故障特性进行了分析，指出固态断路器更符合中低压直流系统的需求；在此基础上提出了一种基于碳化硅JFET的智能固态断路器拓扑结构及其控制策略；此外，讨论了JFET的串并联技术，大幅提升了直流固态断路器的功率等级。

基于传统Si(碳)材料的制约和宽禁带材料SiC(碳化硅)的大力发展,对电力电子的发展、电力电子器件的结构和封装工艺、电力电子器件的检测技术以及电力电子绝缘材料的研究进行了梳理。主要的检测技术是局部放电和电树枝测量技术,而对于材料介电性能的研究方法包括击穿强度、介电常数、电导率、时域介电弛豫等。对于材料理化性能主要是采用扫描电镜、超声波扫描显微镜、傅里叶红外光谱、热失重、差式扫描热分析等研究手段。

该技术采用模块化设计和控制器局域网（CAN）通信链路冗余设计，新型碳化硅（SiC）器件和低磁导率材质电感器件，交错并联结构功率因数校正（PFC）电路和中性点钳位（NPC）三电平逆变电路，可提高产品扩展性能和系统供电可靠性，降低器件及电路损耗，结合高散热设计及合理器件布局。

近日，由国网智能电网研究院有限公司牵头，国网河北省电力有限公司、华北电力大学、清华大学等单位共同参与的“6.5千伏碳化硅器件及高功率密度电力电子变压器研制与工程应用”项目通过中国电机工程学会技术鉴定。鉴定委员会认定，该项目的研发成果——国内首个6.5千伏碳化硅（SiC）器件及高功率密度电力电子变压器的整体技术达国际领先水平，推广应用前景广阔。

固态断路器(solid state circuit breaker, SSCB)是直流配电网中实现快速、无弧隔离直流故障的关键保护装置。首先提出了一种基于级联常通型碳化硅(silicon carbide, SiC)结型场效应晶体管(junction field effect transistor, JFET)的新型中压直流SSCB拓扑，直流故障发生时利用金属氧化物压敏电阻(metal oxide varistor, MOV)向SSCB主开关级联常通型SiC JFET器件的栅源极提供驱动电压，可快速实现直流故障保护。其次详细分析了SSCB关断和开通过程的运行特性，并提出了SSCB驱动电路关键参数设计方法。最后研制了基于3个级联常通型SiC JFET器件的1.5 kV/63 A中压SSCB样机，通过短路故障、故障恢复实验验证了设计方法的有效性。结果表明该SSCB关断250 A短路电流的响应时间约为20 s，故障恢复导通响应时间约为12 s，为中压直流SSCB的拓扑优化设计和级联常通型SiC JFET器件的动静态电压均衡性能提升提供了支撑。

主要介绍直流电源系统技术创新及应用，首先全面提升电源模块相关参数特性，以延长模块本身以及并机寿命均衡寿命和抑制内外干扰。利用新型碳化硅器件高结温低内阻等特性提升模块的可靠性，提升算法，以达到系统核心器件电源模块的可靠性预判。 结合蓄电池系统架构的优化创新，实现并联电池组多种模式灵活切换。实现新型方案如守护型直流电源的故障预判与隔离。多组电池组实现优化管理保障系统可靠。实现蓄电池智能维护的优化，定期诊断蓄电池组健康状态评估，并出具维护方案。

4月10日获悉，河北电力科学研究院自主研制的基于碳化硅材料的继电保护向量检查装置近日投入使用。

日前，由国网智能电网研究院有限公司牵头，国网河北省电力有限公司、华北电力大学、清华大学等单位共同参与的“6.5千伏碳化硅器件及高功率密度电力电子变压器研制与工程应用”项目通过中国电机工程学会技术鉴定。鉴定委员会认定，该项目的研发成果——国内首个6.5千伏碳化硅（SiC）器件及高功率密度电力电子变压器的整体技术达国际领先水平，推广应用前景广阔。