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柔性直流换流阀功率器件大气中子辐照效应研究
Study on Atmospheric Neutron Irradiation Effects in Power Devices of Flexible DC Converter Valves
| 作者 | 蔡希鹏 · 杨柳 · 周月宾 · 饶宏 · 赵晓斌 · 袁智勇 · 彭超 · 徐义良 · 王达名 · 雷志锋 |
| 期刊 | 中国电机工程学报 |
| 出版日期 | 2025年9月 |
| 卷/期 | 第 45 卷 第 9 期 |
| 技术分类 | 功率器件技术 |
| 技术标签 | IGBT |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 柔性直流输电 高海拔 功率器件 大气中子辐照 失效率 |
版本:
柔性直流输电技术是大规模新能源外送的重要载体。我国高海拔地区新能源基地宇宙射线大气中子通量大，严重威胁电压源换流器高压直流（VSC-HVDC）功率器件的可靠运行。目前高海拔应用案例及中子辐照失效率数据缺乏，影响规律不明。本文针对4.5 kV等级主流功率器件，提出IGBT与旁路转折晶闸管的大气中子辐照等效加速试验方法，开展实验并分析工作电压、温度及中子通量对失效率的影响，获取高海拔下器件的中子辐照失效率，为高海拔VSC-HVDC系统安全设计提供依据。
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4000m,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2 000m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.
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SunView 深度解读
该研究对阳光电源高海拔应用的功率器件可靠性设计具有重要指导意义。研究成果可直接应用于SG系列高海拔光伏逆变器和ST系列储能变流器的IGBT选型与防护设计，特别是在西藏、青海等高海拔新能源基地的产品应用中。通过掌握中子辐照对IGBT失效率的影响规律，可优化产品的过压保护设计，提升功率模块可靠性，降低高海拔应用风险。这对提升阳光电源在高海拔市场的产品竞争力具有实际价值，也为后续SiC功率器件在高海拔应用提供了研究思路。