基於SiC的綜合化直流固態功率控制器的關鍵技術研究

《基於SiC的綜合化直流固態功率控制器的關鍵技術研究》是依託南京航空航天大學，由王莉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於SiC的綜合化直流固態功率控制器的關鍵技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王莉
• 依託單位：南京航空航天大學

項目摘要

當前航空太空飛行器、車輛等的直流供配電體制從低壓向高壓發展，系統安全性和可靠性要求越來越高。SiC器件相比Si器件具有更高的電壓等級、更低的導通損耗和開關損耗以及耐高溫、耐輻射等特點，尤其適合在航空太空飛行器、軍用車輛的高壓大功率場合和惡劣環境中套用。本項目擬開展集成電纜電弧故障檢測和定位功能的基於SiC的直流固態功率控制器的關鍵技術研究。研究內容包括：開展SiC直流固態功率控制器的負載電壓和電流雙閉環控制的控制策略研究；開展基於故障電弧電流時頻域特徵法與混沌擴頻時域反射法融合的電弧故障線上檢測和定位方法的研究；並研製基於SiC的綜合化直流固態功率控制器樣機。研究成果不僅能準確檢測和定位已發生的間歇式電弧故障，並快速、可靠保護，而且能對電纜絕緣損壞及裂紋等軟故障預測和預定位。本項目研究成果可提高航空太空飛行器、車輛電氣系統安全性、可靠性和可維護性，具有顯著的科學意義和較高的實用價值。

結題摘要

SiC器件可以突破傳統Si器件的在電壓等級、損耗和環境適應性等方面性能的極限，尤其適合在航空太空飛行器、軍用車輛高壓直流和大功率場合及惡劣環境中套用。本項目開展綜合化SiC直流固態功率控制器關鍵技術研究，提出將電弧故障檢測、故障定位功能與SSPC的電路保護功能有機融合，增強飛機配電系統安全性、可靠性和測試性。 開展基於SiC功率管的SSPC驅動、控制和保護技術研究，提出基於數據驅動建模思想的SiC功率管熱電耦合建模方法和適用於Si/SiC直流SSPC雙閉環控制方法、基於模型狀態估計的衝擊性負載/短路故障區分方法，研製直流270V/20A直流SSPC樣機，相比基於Si CoolMOS直流SSPC帶容性負載能力提升約1倍，故障限流回響速度提升20倍。 開展基於時頻域特性的高可靠電弧故障線上識別方法研究，研製直流電弧故障信號數據採集及診斷一體化的自動化研究平台，基於FFT、FRFT、HHT三種方法提取直流電弧故障電流頻域特徵並比較，提出基於馬氏距離的直流電弧故障檢測算法並研製樣機，檢測率在95%以上。 開展非接觸式方向性耦合反射法電弧故障線上定位方法研究，提出混沌擴頻多股電纜故障診斷的方法，實現多股電纜故障診斷。提出容性和感性非接觸式方向性一體化耦合器，實現非接觸式電纜故障線上診斷。提出寬區間高精度的電纜故障檢測定位方法，在0~100m範圍內的線纜故障均可測，定位誤差在30cm以內。 提出綜合化固態功率控制器軟硬體架構研究和多源信息融合故障診斷、決策方法，研製直流270V/20A綜合化SSPC原理樣機及試驗平台。相比常規SSPC，綜合化SSPC增加了間歇性故障檢測能力、電纜故障檢測定位能力以及離線故障檢測能力，將系統故障覆蓋率由58.3%提升至100%，故障隔離率由71.4%提升至100%，提高飛機配電系統的安全性、可靠性和測試性。 成果已成功套用於某艦船直流配電系統、民用光伏系統和寬體客機高壓直流系統電弧故障檢測和衛星電源母線致命開路、短路故障定位，增加飛機配電系統的安全性和維護性，促進航空、航天、車輛和直流樓宇等新型供配電體制的發展，具有顯著的科學意義和工程實用價值。