倪喜军

（南京工程学院电力工程学院，南京211176）

高压SiC器件在FREEDM系统中的应用

倪喜军

（南京工程学院电力工程学院，南京211176）

碳化硅SiC（silicon carbide）是目前最为成熟的宽禁带半导体材料之一，在高压、高温、高频等领域，碳化硅器件的研究和应用已成为当前的研究热点。针对碳化硅器件目前的生产使用状况，简述了与碳化硅主要生产商CREE紧密合作的FREEDM中心的研究情况，重点分析了高压 SiC MOSFET，IGBT，ETO，JFET在 SST（Solid State Transformer）和FID（Fault Isolation Device）中的应用。针对各类器件本身的特性，FREEDM中心有针对性的选择了相关应用领域，并开发了多代SST和FID的拓扑，许多重要的研究成果引领了全球高压SiC器件的研究趋势。

碳化硅SiC；固态变压器；故障隔离装置；三电平NPC；软开关；直流-直流变换器

2008年，美国北卡罗莱纳州立大学Alex Q. Huang教授等效仿网络技术的路由器，文献［1］提出了“The Future Renewable Electric Energy Delivery and Management（FREEDM）”系统结构，率先提出了能源路由器的概念。该FREEDM中心由美国NSF投资6 000万美金建立，并在2014年由美国DOE再次投资1.4亿美金成立全美宽禁带器件研制和应用的领导机构Power America。

FREEDM中心系统结构主要具有以下特征：

（1）主要由DGI（distributed grid intelligence）控制系统的核心部件固态变压器（SST）和故障隔离装置（FID）实现智能控制功能；

（2）系统连接12 kV交流中压配电母线，低压接口电压为DC 380 V及AC±120 V，即交流配电网和直流配电网同时存在；

（3）低压装置为即插即拔型设备，如Distributed Renewable Energy Resource（DRER）和 DistributedEnergy Storage Device（DESD）等，通过直流配电网集成在FREEDM系统中；

（4）数据链路采用DNP3协议（类似IEC61850）进行数据交换，标准开放的分布式电网接口模式。

1FREEDM系统

FREEDM中心系统结构如图1所示。从其定义看，其最核心的固态变压器和故障隔离装置由电力电子器件组成，因此功率器件的性能将决定FREEDM系统应用的成败，开发和应用新型材料器件成为其发展的内在动力。……