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電力電子器件在電力系統的應用
現代電力系統安全、穩定、高效，靈活控制水平不斷提升，人們對其要求也越來越高，現代電網的管理以及其運行模式也不斷發展。未來電網要求電力電子器件發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、高熱導率等優點，有利于實現高壓、大功率、高頻以及高溫應用的新型功率，在未來電網中有著非常大的潛力，在過去20年來獲得快速發展，碳化硅電力電子器件在電力系統的應用前景被普遍看好。
1碳化硅電力電子器件相關概述
目前大功率的半導體器件在電力系統中應用非常廣泛，對電力系統穩定性的提高有著至關重要的作用。這種大功率半導體器件的主要優勢是變頻、變流，器件的應用性能非常好。碳化硅電力電子器件在電力系統的應用效果佳，有著良好的電特性以及物理特性，在電力系統中應用廣泛。另外，碳化硅是比較新型的半導體材料，其主要特性是高壓高溫。由于碳化硅是半導體材料，所以會造成電力系統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展應用，電力系統中逐漸應用其替代傳統的器件，碳化硅電力電子器件的發展呈現出產業化趨勢，這一定程度上促進了電力系統的進步，對電力系統的發展有著極為關鍵的影響。隨著社會經濟的不斷發展，科學技術水平的進步，電動汽車的蓄電池充電、放電以及電機的控制都需要比較高性能的電子器件來實現，而且碳化硅電力電子器件具有比一般電子器件更強大的信息處理能力，所以碳化硅電力電子器件在未來的應用會越來越廣泛。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，所以在應用過程中要安裝散熱儀器，有利于提高電力系統的安全性。
2碳化硅電力電子器件在電力系統的應用分析
2.1固態變壓器應用
當前我國大力發展智能網技術，而且分布式的發電系統應用廣泛，因為碳化硅有著非常好的應用性能，所以在目前固態變壓器中的應用十分廣泛。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的溫度和安全性進行有效提高。此外，電力系統中的漂移區和其電阻力、基區長度等都與電力電子器件有非常密切的聯系。一般在電力系統中，電力技術人員會重視對擊穿電場強度碳化開關控制器的利用。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和其漂移區設置不能過長。重視電力電子器件工藝的有效利用，可以讓有關器件的通態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。和傳統的變壓器相比，固態變壓器的供電質量比較好、效率非常快，兼具體積小、性能相對穩定等優勢，有效解決傳統變壓器運行過程中存在的問題。
2.2柔性交流輸電系統研究分析
經分析目前電力系統的發展現狀可知，柔性交流電系統是市場上較為*的技術，重視碳化硅電力電子器件的科學利用，有利于實現對系統電壓、輸電質量以及功率的合理控制。另外，這種系統有利于降低輸電過程中的電能損耗，提高運行效益。與一般的硅材料進行比較，碳化硅材料擊穿電場強度是其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行的工作效益及效率，所以碳化硅電力電子器件的開關通態比普通電阻更低，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率，所以在高溫條件下這些器件也可以持續、高效、安全、穩定地運行。此外，碳化硅材料是當前市場上可以通過熱氧化法生產的半導體材料，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，其材料會發生升華作用。另外，碳化硅有非常高的耐壓性，所以其在PACTS技術中的應用十分普遍。
2.3風力發電系統的應用
雖然風力發電在20世紀90年代才慢慢開始發展起來，但近年來風力發電技術的不斷進步，所以當前風力發電技術水平非常高。變流器在風力發電系統中發揮著十分關鍵的作用，對風力發電系統的重要性不言而喻。利用整流器及逆變器，可以把風能轉化為符合應用要求的電能，而轉化電能的電壓、頻率及相應的指標，有利于提高發電效益，保證發電的安全可靠性。另外，原有的變流器拓撲結構主要有二電平和三電平，而且當前已經轉向為多電平結構，所以一定程度上有利于降低消耗。碳化硅功率器在風力發電系統中因為其特性優良，有利于風力發電系統的進一步優化，所以要重視碳化硅電力電子器件在風力發電系統中的應用。
2.4光伏發電系統的應用
光伏發電系統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等設備組成。光伏發電的原理是基于光伏電池的光生伏*應，利用裝置將光能變成可以使用的電能。光伏發電系統主要有光伏電池、蓄電池、控制器、逆變器以及變壓器和測量器等。當前太陽能的開發利用水平較高，行業發展快速，但是在開發過程中，仍然存在一定問題制約著太陽能應用水平的進一步提高，比如太陽能輸出功率不穩定、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用，有利于解決問題，提高太陽能的開發利用效益。
2.5電能路由器的應用研究
能量路由器早是美國北卡萊羅納州立大學于2008年提出，而且當時專家學者還提出了一種理論框架，倡導在電力系統中有效融合電力電子器件技術以及信息技術，實現配電網層面的能源互聯網。基于美國北卡萊羅納州立大學提出的能量路由器理念，一代固態變壓器電路拓撲問世，分別由高壓級、隔離級以及低壓級3大部分組成，將這3個等級用直流母線連接在一起，其中全橋模塊都是由傳統硅材料構成，造成橋模塊的結構抗壓性能比較差，開關頻率非常低，而重視碳化硅材料的應用，能有效解決上述問題，提高應用效益。