柔性直流输电技术是大规模新能源外送的重要载体,未来我国大量的沙漠、戈壁、荒漠大规模新能源基地海拔偏高,甚至超过4000 m,宇宙射线大气中子通量大,严重威胁柔性直流换流阀(voltage sourced converter-high voltage direct current,VS...柔性直流输电技术是大规模新能源外送的重要载体,未来我国大量的沙漠、戈壁、荒漠大规模新能源基地海拔偏高,甚至超过4000 m,宇宙射线大气中子通量大,严重威胁柔性直流换流阀(voltage sourced converter-high voltage direct current,VSC-HVDC)功率器件的安全可靠运行。但是,目前我国柔性直流工程中换流阀尚无2000 m以上高海拔地区应用案例,国内外也缺乏大气中子辐照功率器件的失效率数据,大气中子对功率器件的影响规律不明,难以支撑工程应用。该文首次针对柔性直流使用的4.5 kV等级主流功率器件,提出绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)、旁路转折晶闸管等功率器件高海拔大气中子辐照效应的等效加速试验方法,并开展试验,结合试验结果分析了器件工作电压、工作温度、中子通量对器件失效率的影响规律,得出高海拔地区IGBT和旁路转折晶闸管的大气中子辐照失效率,为高海拔VSC-HVDC的安全设计提供指导。展开更多
文摘碳化硅(SiC)MOSFET器件的短路耐受能力差是阻碍其广泛应用的关键难题,对于国产高压SiC MOSFET器件,其短路保护研发缺乏有力的技术、经验支撑。同时,缺乏快速、准确的仿真模型也是国产高压SiC MOSFET器件应用研发面临的核心问题之一。为此,该文提出一种适用于高压SiC MOSFET器件的、考虑器件实际物理特性的、可准确描述器件短路故障中电流、电压等外特性的行为模型。该行为模型针对高压SiC MOSFET的特点修正沟道电流模型中的电压,并基于元胞层面的电流路径对JFET区及漂移区电阻进行建模。该模型考虑了国产高压SiC MOSFET的实际器件设计、工艺等因素的影响,依据半导体、器件物理计算模型的关键参数,提升模型在短路故障仿真中的精度。并且,该文明确了模型所用参数的提取方法,其中关键参数获取自器件设计环节,建立起器件设计者与应用者之间的桥梁。最后,对国网智能电网研究院有限公司研制的6.5 kV/400 A SiC MOSFET器件开展短路测试实验,仿真结果与实验结果表现出较好的一致性,短路电流关键特征的相对误差小于2.5%,验证了该行为模型的准确性。
