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現(xiàn)代電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、高效，靈活控制水平不斷提升，人們對其要求也越來越高，現(xiàn)代電網(wǎng)的管理以及其運(yùn)行模式也不斷發(fā)展。未來電網(wǎng)要求電力電子器件發(fā)展具備更高的電壓以及功容量，并提高其可靠性。碳化硅作為新型材料，有高飽和電子漂移速率、高熱導(dǎo)率等優(yōu)點(diǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)高壓、大功率、高頻以及高溫應(yīng)用的新型功率，在未來電網(wǎng)中有著非常大的潛力，在過去20年來獲得快速發(fā)展，碳化硅電力電子器件在電力系統(tǒng)的應(yīng)用前景被普遍看好。

1碳化硅電力電子器件相關(guān)概述

目前大功率的半導(dǎo)體器件在電力系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛，對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的提高有著至關(guān)重要的作用。這種大功率半導(dǎo)體器件的主要優(yōu)勢是變頻、變流，器件的應(yīng)用性能非常好。碳化硅電力電子器件在電力系統(tǒng)的應(yīng)用效果佳，有著良好的電特性以及物理特性，在電力系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。另外，碳化硅是比較新型的半導(dǎo)體材料，其主要特性是高壓高溫。由于碳化硅是半導(dǎo)體材料，所以會(huì)造成電力系統(tǒng)存在一定溫度以及電壓上的不足。除此之外，隨著碳化硅材料的發(fā)展應(yīng)用，電力系統(tǒng)中逐漸應(yīng)用其替代傳統(tǒng)的器件，碳化硅電力電子器件的發(fā)展呈現(xiàn)出產(chǎn)業(yè)化趨勢，這一定程度上促進(jìn)了電力系統(tǒng)的進(jìn)步，對電力系統(tǒng)的發(fā)展有著極為關(guān)鍵的影響。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)步，電動(dòng)汽車的蓄電池充電、放電以及電機(jī)的控制都需要比較高性能的電子器件來實(shí)現(xiàn)，而且碳化硅電力電子器件具有比一般電子器件更強(qiáng)大的信息處理能力，所以碳化硅電力電子器件在未來的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。和一般的信息電力器件相比，碳化硅電力電子器件的電力電子器件損耗功能更大，所以在應(yīng)用過程中要安裝散熱儀器，有利于提高電力系統(tǒng)的安全性。

2碳化硅電力電子器件在電力系統(tǒng)的應(yīng)用分析

2.1固態(tài)變壓器應(yīng)用

當(dāng)前我國大力發(fā)展智能網(wǎng)技術(shù)，而且分布式的發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，因?yàn)樘蓟栌兄浅：玫膽?yīng)用性能，所以在目前固態(tài)變壓器中的應(yīng)用十分廣泛。碳化硅電力電子器件可以通過其自身的性能，對電力電子器件適應(yīng)的溫度和安全性進(jìn)行有效提高。此外，電力系統(tǒng)中的漂移區(qū)和其電阻力、基區(qū)長度等都與電力電子器件有非常密切的聯(lián)系。一般在電力系統(tǒng)中，電力技術(shù)人員會(huì)重視對擊穿電場強(qiáng)度碳化開關(guān)控制器的利用。需要注意的是，電力電子器件的電阻率不能太高，而碳化硅電力電子器件的擊區(qū)和其漂移區(qū)設(shè)置不能過長。重視電力電子器件工藝的有效利用，可以讓有關(guān)器件的通態(tài)和器件電阻大幅度降低，還有利于器件工作效益的有效提升。和傳統(tǒng)的變壓器相比，固態(tài)變壓器的供電質(zhì)量比較好、效率非常快，兼具體積小、性能相對穩(wěn)定等優(yōu)勢，有效解決傳統(tǒng)變壓器運(yùn)行過程中存在的問題。

2.2柔性交流輸電系統(tǒng)研究分析

經(jīng)分析目前電力系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀可知，柔性交流電系統(tǒng)是市場上較為*的技術(shù)，重視碳化硅電力電子器件的科學(xué)利用，有利于實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)電壓、輸電質(zhì)量以及功率的合理控制。另外，這種系統(tǒng)有利于降低輸電過程中的電能損耗，提高運(yùn)行效益。與一般的硅材料進(jìn)行比較，碳化硅材料擊穿電場強(qiáng)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。碳化硅材料的這些特征有利于提高電力電子硅器件運(yùn)行的工作效益及效率，所以碳化硅電力電子器件的開關(guān)通態(tài)比普通電阻更低，而碳化硅材料的工作頻率比普通硅材料的工作頻率更高。碳化硅材料電力電子器件有比較好的熱導(dǎo)率，所以在高溫條件下這些器件也可以持續(xù)、高效、安全、穩(wěn)定地運(yùn)行。此外，碳化硅材料是當(dāng)前市場上可以通過熱氧化法生產(chǎn)的半導(dǎo)體材料，這種特性使碳化硅材料和普通硅材料有相同的特性。一般通過熔體生成碳化硅材料難度是非常大的，而將碳化硅材料加熱到一定程度時(shí)，其材料會(huì)發(fā)生升華作用。另外，碳化硅有非常高的耐壓性，所以其在PACTS技術(shù)中的應(yīng)用十分普遍。

2.3風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用

雖然風(fēng)力發(fā)電在20世紀(jì)90年代才慢慢開始發(fā)展起來，但近年來風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的不斷進(jìn)步，所以當(dāng)前風(fēng)力發(fā)電技術(shù)水平非常高。變流器在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中發(fā)揮著十分關(guān)鍵的作用，對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的重要性不言而喻。利用整流器及逆變器，可以把風(fēng)能轉(zhuǎn)化為符合應(yīng)用要求的電能，而轉(zhuǎn)化電能的電壓、頻率及相應(yīng)的指標(biāo)，有利于提高發(fā)電效益，保證發(fā)電的安全可靠性。另外，原有的變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有二電平和三電平，而且當(dāng)前已經(jīng)轉(zhuǎn)向?yàn)槎嚯娖浇Y(jié)構(gòu)，所以一定程度上有利于降低消耗。碳化硅功率器在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中因?yàn)槠涮匦詢?yōu)良，有利于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的進(jìn)一步優(yōu)化，所以要重視碳化硅電力電子器件在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用。

2.4光伏發(fā)電系統(tǒng)的應(yīng)用

光伏發(fā)電系統(tǒng)主要是指太陽能的電池方陣、充放電控制器、逆變器、交流配電柜以及太陽跟蹤控制系統(tǒng)等設(shè)備組成。光伏發(fā)電的原理是基于光伏電池的光生伏*應(yīng)，利用裝置將光能變成可以使用的電能。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要有光伏電池、蓄電池、控制器、逆變器以及變壓器和測量器等。當(dāng)前太陽能的開發(fā)利用水平較高，行業(yè)發(fā)展快速，但是在開發(fā)過程中，仍然存在一定問題制約著太陽能應(yīng)用水平的進(jìn)一步提高，比如太陽能輸出功率不穩(wěn)定、成本以及損耗比較高、功率密度比較小等。重視碳化硅電力電子器件的研究應(yīng)用，有利于解決問題，提高太陽能的開發(fā)利用效益。

2.5電能路由器的應(yīng)用研究

能量路由器早是美國北卡萊羅納州立大學(xué)于2008年提出，而且當(dāng)時(shí)專家學(xué)者還提出了一種理論框架，倡導(dǎo)在電力系統(tǒng)中有效融合電力電子器件技術(shù)以及信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)層面的能源互聯(lián)網(wǎng)?；诿绹笨ㄈR羅納州立大學(xué)提出的能量路由器理念，一代固態(tài)變壓器電路拓?fù)鋯柺溃謩e由高壓級、隔離級以及低壓級3大部分組成，將這3個(gè)等級用直流母線連接在一起，其中全橋模塊都是由傳統(tǒng)硅材料構(gòu)成，造成橋模塊的結(jié)構(gòu)抗壓性能比較差，開關(guān)頻率非常低，而重視碳化硅材料的應(yīng)用，能有效解決上述問題，提高應(yīng)用效益。