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突破直流電網技術難題 NEST-DC研究計畫展示初步成果

文‧侯冠州 發布日期:2017/02/15 關鍵字:直流電網電路斷路器OCB-FET英飛凌

為進一步提升能源傳輸效率,電網改採直流傳輸被認為是一大關鍵,但目前直流電網仍有許多技術難題需要克服。德國NEST-DC研究計畫團隊現已開發出可降低電網及電氣裝置的能源損耗達一半以上的技術基礎,其中又以電路斷路器最為關鍵。

過去由於欠缺高效率且符合成本效益的電路斷路器技術,因此無法將配電電網轉換為直流電。將現有的機電動力式電路斷路器應用在切換直流電和電壓時,可能會產生電弧,而且反應較慢、重量重、難以控制,價格也昂貴。為改善此一問題,NEST-DC計畫開發出新型電路斷路器,能夠以快速且安全的方式開啟直流電流,並於緊急狀況時快速關閉,還能更有效率地從再生能源裝置將電源送入電網和能源儲存體,同時改善電網的穩定性。

此外,專案成員也探索了創新的半導體元件,像是過電流中斷場效電晶體 (OCB-FET)等,就其全新結構和連接技術及切換拓撲進行規劃及測試。為了展示研究成果,研究團隊針對航空內部電網、電動行動力、光電和直流配電網領域建置了應用展示。

NEST-DC為德文「適用於再生能源和內部電網的創新電子直流電路斷路器」之縮寫。該計畫始於2013年10月,為期三年的期間投入約450萬歐元。德國政府的目標是透過創新的電力電子技術,在未來更有效率地使用電力;該計畫由英飛凌(Infineon)領軍,成員包括空中巴士(Airbus)、E-T-A Elektrotechnische Apparate公司、西門子(Siemens AG)及不萊梅大學(University of Bremen)電機驅動及電力電子與裝置學會(IALB)。

在此計畫中,IALB負責調查及模擬OCB-FET內所用的全新半導體結構、新開發電路斷路器的靜態及動態測量,以及測試裝置的散熱特性和崩壞極限。空中巴士集團負責由飛航器的角度的需求及開發解決方案概念,並與專案成員一同實現應用展示。 

西門子專注於電路斷路器的結構及連接技術,E-T-A Elektrotechnische Apparate則負責定義工業應用的需求,並與專案成員一同驗證高達1,500V電壓等級的電路斷路器。英飛凌負責主導該計劃,提供其功率半導體領域的專業知識,研究用於 OCB-FET的功率半導體。

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