高壓SiC器件在FREEDM系統(tǒng)中的應用

倪喜軍

（南京工程學院電力工程學院，南京211176）

高壓SiC器件在FREEDM系統(tǒng)中的應用

倪喜軍

（南京工程學院電力工程學院，南京211176）

碳化硅SiC（silicon carbide）是目前最為成熟的寬禁帶半導體材料之一，在高壓、高溫、高頻等領域，碳化硅器件的研究和應用已成為當前的研究熱點。針對碳化硅器件目前的生產使用狀況，簡述了與碳化硅主要生產商CREE緊密合作的FREEDM中心的研究情況，重點分析了高壓 SiC MOSFET，IGBT，ETO，JFET在 SST（Solid State Transformer）和FID（Fault Isolation Device）中的應用。針對各類器件本身的特性，F(xiàn)REEDM中心有針對性的選擇了相關應用領域，并開發(fā)了多代SST和FID的拓撲，許多重要的研究成果引領了全球高壓SiC器件的研究趨勢。

碳化硅SiC；固態(tài)變壓器；故障隔離裝置；三電平NPC；軟開關；直流-直流變換器

2008年，美國北卡羅萊納州立大學Alex Q. Huang教授等效仿網絡技術的路由器，文獻［1］提出了“The Future Renewable Electric Energy Delivery and Management（FREEDM）”系統(tǒng)結構，率先提出了能源路由器的概念。該FREEDM中心由美國NSF投資6 000萬美金建立，并在2014年由美國DOE再次投資1.4億美金成立全美寬禁帶器件研制和應用的領導機構Power America。

FREEDM中心系統(tǒng)結構主要具有以下特征：

（1）主要由DGI（distributed grid intelligence）控制系統(tǒng)的核心部件固態(tài)變壓器（SST）和故障隔離裝置（FID）實現(xiàn)智能控制功能；

（2）系統(tǒng)連接12 kV交流中壓配電母線，低壓接口電壓為DC 380 V及AC±120 V，即交流配電網和直流配電網同時存在；

（3）低壓裝置為即插即拔型設備，如Distributed Renewable Energy Resource（DRER）和 DistributedEnergy Storage Device（DESD）等，通過直流配電網集成在FREEDM系統(tǒng)中；

（4）數(shù)據(jù)鏈路采用DNP3協(xié)議（類似IEC61850）進行數(shù)據(jù)交換，標準開放的分布式電網接口模式。

1FREEDM系統(tǒng)

FREEDM中心系統(tǒng)結構如圖1所示。從其定義看，其最核心的固態(tài)變壓器和故障隔離裝置由電力電子器件組成，因此功率器件的性能將決定FREEDM系統(tǒng)應用的成敗，開發(fā)和應用新型材料器件成為其發(fā)展的內在動力。……