简述常见的光伏发电系统最大功率点跟踪技术「电力技术研究」

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摘要

中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室、新能源电力系统国家重点实验室（华北电力大学）的研究人员侯欣宾、王立等，在2018年第14期《电工技术学报》上撰文指出，建立在技术上和经济上可行的空间太阳能电站系统可以有效利用空间太阳能，更能为国家提供巨大的可再生能源战略储备，对于保证中国的能源独立与安全以及国民经济的可持续发展具有重大战略意义。

面向未来空间太阳能电站的空间高压大功率电力传输需求，本文论述空间电能传输与管理系统的国内外发展现状，梳理有待解决的基础科学问题与核心关键技术，为未来深化研究指明方向。提出现阶段制约太空高压电力传输与能量管理系统发展的关键技术、材料和器件，分析空间辐射环境对于空间电力系统的影响并提出了其辐射防护需求，最后明确了需进一步研究的重点内容，为开拓该领域的后续研究提供参考。

太空中的太阳光不会因大气衰减，也不受季节、昼夜变化的影响，太阳辐照强度稳定，约为1353W/m2，是地面太阳平均辐照强度的5倍以上。特别在地球同步轨道（Geosynchronous Orbit, GEO）上，99%的时间内可稳定接收太阳辐射，是建设太阳能电站的理想位置。空间太阳能电站（Space solar Power Station, SPS），是指在地球轨道上将太阳能进行有效收集、转化并传输到地面，进而转化为电能供地面使用的系统。

空间太阳能电站的电力传输与管理系统，负责将太阳电池阵发出的超高功率电力传输并分配到发射天线及服务系统设备，其质量和效率直接影响到整个电站的总质量和能量转换总效率。为了实现安全、可靠的空间超大功率电力传输和管理，亟需开展空间高压大功率电力传输与管理技术研究，突破核心技术。

目前的大功率通信卫星采用的供电电压为100V左右，功率达到20kW。国际空间站一次电源系统运行在137～177V范围，二次电源系统运行在123～126V范围，总发电功率达到110kW[1-3]。我国正在研制的空间站的供电规模接近40kW，而长期的扩展规模有可能达到100kW以上[4-6]。空间太阳能电站是目前国际上论证的最大功率的航天器，作为验证型的空间太阳电池阵供电系统的功率将可能达到MW级水平，而未来的商业化电站的供电功率将达到GW级[7-15]。

对于未来百千瓦以上的空间大功率供电需求，为减少电力传输电缆的质量和传输损耗，必须提高电压、降低电流，因此采用超高电压供电体制成为未来空间技术发展的一个重要方向，空间超高压大功率电力系统成为制约超大功率航天器发展的一个关键瓶颈。

传统的航天器供电系统主要包括太阳电池阵发电系统和电源管理系统，其母线电压等级主要由太阳电池阵的供电电压决定，并通过电源管理设备进行调节以满足整星的供电需求。由于空间环境引起的放电问题，目前的航天器母线电压都不超过200V。未来空间大功率供电需求将达到105V甚至106V以上，必然需要发展更高的供电电压。

空间太阳能电站的传输母线电压等级需要达到数千伏至10kV以上[16,17]，受到太阳电池阵供电电压的限制，空间超高压大功率供电系统将采用升压变换的方式实现高压母线传输供电。因此，未来的空间大功率供电系统将由高压太阳电池阵、高压电力变换设备、大功率导电关节（电池阵驱动机构）、超高压大功率传输电缆、大功率电力调节设备和高比容量储能系统组成。

本文面向未来空间大功率的供电需求，对空间高压电力传输与管理系统进行分析，提出其关键技术和关键材料器件，分析空间辐射环境对于太空高压电力系统的影响并提出亟待解决的核心技术问题。

1 空间高压电力传输与管理系统发展现状

1.1 高压太阳电池阵

太阳电池阵是电力传输的输入端，高压电池阵的特性将直接决定电力传输与管理的方式。为了实现高电压供电，在20世纪70年代，美国曾在此领域开展了大量的研究，波音、休斯等公司面向高压电推进系统需求开展了高达16kV的高压太阳电池阵的设计和研究[18,19]。后续随着研究的深入，由于空间等离子体环境引起的太阳电池阵放电问题，相关研究并未实质性地推动下去。

2012年，日本研制了高压电池阵验证小卫星HORYUII[20]如图1所示，并于2012年5月搭载发射，运行轨道为680km高的太阳同步轨道。该卫星的主要任务是验证低轨300V高压电池阵技术，电池阵采用三结GaAs电池（GaAs/InGaP/Ge），尺寸为122cm×214cm，利用多组电池的串联形成高压，整个电池表面通过覆盖乙烯四氟乙烯共聚物（ETFT）涂层减小放电风险，同时在整个电池表面覆盖半导电涂层进一步减小放电风险。地面测试显示800V的电压差不会产生放电，在轨测试表明电池阵工作电压最高达到350V，是目前在轨验证的最高电压的太阳电池阵。

图1 HORYU-II验证卫星

美国ABEL公司设计的Squarerigger大功率太阳电池阵采用了ENTECH公司的聚光电池阵[21]。按照设计，Squarerigger大功率电池阵的设计功率将达到100kW到MW级，工作电压达到1kV。该聚光电池采用了菲涅耳透镜作为聚光系统，由于采用了聚光设计，电池片的间距较大，减小了放电的风险，提高了电池阵工作电压，原理样机如图2所示。

图2 Squarerigger聚光太阳翼原理样机

1.2 国际空间站高压供电系统

目前在空间运行的最大功率航天器为国际空间站，其系统框图如图3所示。国际空间站电源系统由电能产生、能量存储、电能管理和分配设备组成。其中，美国的供电系统采用4组高压太阳电池翼，一次电源供电电压范围为137～173V，经过贝塔导电旋转关节、直流切换单元（用于控制蓄电池组充放电）和阿尔法导电旋转关节进入主母线调节单元，之后经过直流变换单元将一次电源电压转换为二次电源供电电压，范围为123～126V。二次电源供电再根据负载供电需求进行变换后分配到功率负载。国际空间站采用了大功率滚环式导电旋转关节，其中的阿尔法旋转关节传输电功率达到65.5kW。

图3 国际空间站供电系统框图

1.3 空间太阳能电站高压电力传输管理方案

1.3.1 SPS-1979空间太阳能电站

SPS-1979空间太阳能供电系统结构框图如图4所示。美国于20世纪70年代末对于基准电站方案——SPS-1979开展详细的研究，提出了总供电功率为8GW的方案，采用了40kV等级的高压设计方案并采用集中式供电方式，即太阳电池阵发出的电力通过单个导电旋转关节传输到微波发射天线。太阳电池阵被分为了228个电力分支，集成为了多条供电母线，为了避免母线间出现高压击穿现象，传输到导电旋转关节的不同母线间的电压偏差需要控制在0.25%以内。

导线旋转关节前的切换开关主要用于控制部分功率用于平台系统供电，而导电旋转关节后的功率调节模块将电能分配为两部分：一部分为电站平台系统供电；另一部分为微波源供电，单个微波源DC-DC变换器的功率等级为5.4MW，效率为96%。该方案最大的难点在于GW级的导电旋转关节，其次为40kV的远距离高压电力传输系统。

图4 SPS-1979供电系统结构框图

1.3.2 太阳塔空间太阳能电站（Sun-Tower）

2000年，美国波音公司针对太阳塔空间太阳能电站概念提出一种基于交流的电力传输方案，其框图如图5所示。太阳塔概念的核心是采用梯度稳定太阳电池阵，不进行对太阳定向，因此回避了导线旋转关节，但造成发电的极大波动性。该方案的发电功率等级最高达到3GW，由340个5kV高压太阳电池阵构成。

每个太阳电池阵发电功率10MW，通过DC-AC变换器变为100kV（10kHz）的三相交流电，进入15km的主传输母线传输接入发射天线阵。在接入端进行一次降压变换，将电压降为10kV，在微波源再进行一次AC-DC的降压变换，产生80V直流电用于微波源供电。对于这样的一个电力传输管理系统，总质量将超过8 000t，其中电压变换器所占质量超过75%，电缆质量约占25%。

图5 太阳塔空间太阳能电站发电及电力传输框图

1.3.3 多旋转关节空间太阳能电站

2014年，中国空间技术研究院提出了一种新型的电站方案，称为多旋转关节空间太阳能电站（Multiple Rotation Joint-Space-Power Station, MR-SPS），其核心是采用模块化设计思想，将太阳电池阵拆分为多个电池子阵，每个子阵通过两个导电旋转关节进行电力传输，解决了传统平台式电站的极大功率导电旋转关节和单点失效问题。根据该方案的构型特点以及微波源的供电需求，整个电力传输与管理设计为分布式 集中式的混合电力传输与管理方式[17]。

每一个高压太阳电池阵模块输出电压为500V，12个太阳电池阵模块的电能经过一次升压变换提升至5 000V，通过电池子阵的两个导电旋转关节传输到主结构。50个太阳电池子阵对应的100路输出电力经过二次升压变换（20kV）后通过安装在主结构桁架上的电缆进行汇集接入电力传输主母线，并通过两个输入端口输入到微波发射天线部分。

微波发射天线的输入电功率再根据微波源的供电需求再次进行变换和分配。主要的发电功率用于微波发射，部分功率用于电站服务系统设备（安装于太阳电池阵、主结构和微波发射天线）的供电，同时也通过蓄电池储存部分电力用于阴影期服务系统设备的供电。

2 空间高压电力传输与管理系统关键技术、材料与器件

2.1 关键技术

2.1.1 空间高压大功率导电旋转关节技术

空间高压大功率导电旋转关节的技术能力是影响高压大功率航天器设计的核心要素之一。传统的滑动式导电旋转关节由于滑动摩擦存在磨屑积累、接触电阻相对较高、摩擦力矩大等固有缺陷，已成为制约大功率、长寿命航天器的主要瓶颈之一。而具备低损耗、高传输功率、高速度稳定性和长寿命优点的滚环式导电旋转关节成为发展超高功率航天器的核心技术之一。滚环式导电关节如图6所示。

图6 滚环式导电关节

高精度滚环式导电旋转关节系统设计、低损耗长寿命摩擦副技术、高压绝缘与防护和高功率密度的散热问题成为发展百千瓦及以上功率滚环式导电旋转关节需要重点突破的关键技术[22,23]。

2.1.2 空间高压大功率电力变换技术

发展高压、高效、大电压比、轻量化和高功率密度的电力变换技术是实现空间高压电力传输与管理的基础，需要从电力变换拓扑结构、新型材料和器件、优化控制等方面开展研究。

首先，要基于空间高压大功率变换需求提出适合于空间环境的高效、大电压比、轻量化、高可靠电力变换拓扑结构，发展多电平电路拓扑，通过多个低压功率单元的串联组合实现高压大功率输出；在器件层面，要应用新一代宽禁带功率器件，提升单个器件的性能指标，同时积极发展器件组合技术，确保器件或器件组合模块具有足够的能量变换能力；在控制层面，同时针对变换器的上层系统控制和底层功率脉冲控制开展研究，从不同时间尺度上确保其能量流的合理优化控制；同时要研究电力电子变换中的瞬态能量变换规律，通过对系统中的瞬态能量平衡关系进行合理的控制和优化，提高变换器的可靠性、效率以及电磁兼容能力。

2.1.3 空间高压直流断路技术

高压电力传输与管理系统发生局部短路后必须快速限流，并迅速切断故障，否则电流快速增加会导致传输电缆和电力管理设备的损坏，如不及时切断故障点将引起整个系统的崩溃。由于直流系统中不存在自然过零点，开断直流电路要困难许多，因此在地面电力系统中，高压大功率直流断路器也是一个重要的技术难题[24]。

而对于空间应用，不仅要求开断速度快，而且要适应空间恶劣的温度和辐射环境，还要满足质量、体积等限制和寿命长的要求，这对空间高压大功率直流限流断路技术提出了很大的挑战，基于电力电子器件的直流固态断路技术和混合式直流开断技术是未来的重点发展方向。

2.1.4 空间高温超导电力传输技术

超导技术的应用对于解决大功率电力的远距离传输具有重要的意义，可以大幅降低电压、增加输电电流密度、降低电力损耗。地面应用的超导电力传输材料的临界温度在100K左右，超过液氮温区。图7为一种高温超导电缆结构示意图。虽然空间背景温度很低，但要维持100K的超低温，必须采用主动制冷的方式，这对于超导输电技术在空间的应用是一个极大的技术难题[25,26]。

因此，空间高温超导电力传输技术的核心在于临界温度的突破，应当达到200K以上，通过被动散热的方式即可实现超导。同时，实用化高温超导材料还需要解决工程临界电流、力学性能、磁场性能等重要问题，因此空间高温超导电力传输技术的发展需要从改善已有超导材料或制备新超导材料的理论基础上取得重大突破。

图7 一种高温超导电缆

2.1.5 空间高精度电力传感和测量技术

高精度电力参数的准确、快速测量和传递对于整个电力系统的管理、控制和安全可靠运行至关重要，高压大功率电力系统不仅在测量范围和测量准确度方面提出更高的要求，而且对涉及故障诊断与隔离的关键测量设备提出了定期在轨校准的需求。

针对高压大功率的电力参数测量需求，需要发展新型的适合空间应用的高电压、大电流等的测量技术。由于空间高压电力传输与管理系统将采用新型的器件和设备，如IGBT、IGCT、直流断路器、高压电缆等，在运行中受到电、热、机械、环境等各种因素的作用，会造成性能恶化，需要开展容性设备介质损耗及泄漏电流监测、局部放电等在线监测。

2.2 关键材料与器件

2.2.1 轻型高电导率导电材料

随着空间大功率发电系统的发展，特别对于需要进行远距离电力传输的场合，传输电缆的质量在整个电力传输管理系统中所占的比重大大增加。通过提高电压，可以较大幅度地减小电缆的质量，但由于高压会带来新的风险，在超导电力传输技术难以应用的情况下，发展新型的碳基超轻高电导率材料成为解决大电流传输中导电线缆重量和损耗问题的一个重要方向。

2.2.2 新型电缆绝缘介质材料

目前的空间电缆绝缘介质材料主要采用聚四氟乙烯及其共聚物，工作电压不超过200V。具有较好的绝缘性能和空间环境适应性。未来高压大功率传输电缆的工作电压可能达到1kV甚至10kV以上，在高压导体和空间高能电子的共同作用下，绝缘介质材料内部极易形成空间电荷聚集，从而使周围电场发生畸变，导致材料老化、局部放电甚至击穿。因此急需发展新型的抗辐射的高压绝缘材料，同时应具有优良的韧性和高低温性能，且密度要低。

2.2.3 宽禁带功率半导体器件

空间高压大功率电压变换和功率调节急需新型的空间环境适应性强的高压大功率电力电子器件的支持，随着微电子技术的发展，硅固有的物理属性限制了其在高频高功率器件方面的应用。以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）为代表的第三代宽禁带半导体材料由于具有宽带隙、高饱和漂移速度、高临界击穿电场等突出优点[27]，成为制造大功率、高频、高温及抗辐照电力电子器件的理想替代材料。

3 空间高压大功率电力系统辐射问题

3.1 影响空间高压大功率电力系统的辐射环境

宇宙空间存在着多种辐射，对应的辐射环境随着航天器运行轨道不同有较大的差异，总体上具有较大影响的环境因素包括带电粒子和高能光子两大类。带电粒子主要来源于地球辐射带、太阳宇宙射线和银河宇宙射线，主要成分为电子、质子和少量重离子[28,29]。高能带电粒子对于材料的电离作用会对材料和器件的性能产生重要影响。同时，高能粒子会通过碰撞使原子核（或离子）偏离正常的晶格位置，造成器件的位移损伤，特别对于光电器件影响较大。

另一方面，带电粒子在材料表面和内部的沉积将造成电荷的累积，会引起局部的充电和放电。高能光子（包括紫外线、X射线和γ射线等）主要来源于太阳辐射，也包括少量来自于宇宙辐射以及地球大气的散射、反射，对航天器材料影响最为严重的是紫外辐射，会造成材料的化学键断裂，从而使材料性能下降。对于空间超高压大功率电力系统会产生较大影响的主要辐射环境因素见表1。

表1 主要辐射环境因素

3.2 空间高压大功率电力系统的辐射影响分析

空间辐射环境对于高压供电系统的影响主要包括两个方面。一方面，空间辐射环境对于高压电力电子器件、绝缘材料等产生辐射效应，将大幅降低相关半导体器件和材料的性能，引起器件失效和绝缘性能下将，大幅降低系统寿命。

另一方面，高压部件的静电放电问题将更为复杂和突出，主要体现在：①随着太阳电池阵母线电压的提高，电池阵表面充电极易引发二次放电，从而造成重大影响；②在高压电力传输与空间带电环境的双重作用下，电缆介质材料中的电荷累积过程变得更加复杂，对于电缆的绝缘性能将产生重要的影响，极易引发放电甚至击穿；③随着工作电压的升高，高压大功率电力变换设备和机电部件等的深层充电和放电所引发的二次放电问题也更加突出。空间辐射环境带来的辐射损伤效应如图8所示[30]。

图8 航天器在轨辐射效应

3.2.1 太阳能电池性能衰减

航天器的太阳电池阵完全暴露于空间环境中，所处的环境最为恶劣。在众多的空间环境因素中，带电粒子辐射是引起太阳电池阵性能衰减的主要因素。引起太阳电池性能衰减和寿命降低的主要原因是空间高能粒子的电离总剂量效应和位移损伤效应。其中总剂量效应为由于材料吸收高能带电粒子而导致材料中的原子发生电离，当累积到一定剂量时将严重影响材料的电学特性，从而导致器件性能的降低甚至失效。

位移损伤效应则为高能粒子直接冲击原子核，将原子核从正常晶格位置弹开，使晶格原子发生移位，从而形成大量的空位、填隙原子和络合物等晶格缺陷，成为俘获少数载流子的陷阱，陷阱的数量越多，少数载流子的寿命越低，造成电池电学性能退化，是太阳电池辐照损伤的主要原 因[31,32]。

3.2.2 电力电子器件的性能损伤

高压大功率变换和调节设备是空间超高压大功率电力系统的重要组成部分，主要由各种半导体电力电子器件组成，包括功率开关器件、集成控制器、肖特基二极管和光电耦合器等。地面大功率电力电子技术发展比较成熟，但由于空间环境的辐射影响，大功率电力电子器件的利用受到很大的限制。

电力电子器件的主要辐射损伤效应包括电离总剂量效应和单粒子效应。MOSFET器件对于总剂量效应特别敏感，表现为阈值电压漂移、跨导退化、漏电流增加和开启电阻增大等，这些参量的退化使电力变换器转换效率降低。

光电耦合器由于总剂量辐射效应导致电流传输比逐渐减小。而受高能带电粒子辐射的影响，电路中的锁存器或存储器等半导体器件会发生错误的状态翻转、锁定或闭锁，产生单粒子效应，一般不会对电路硬件产生直接的破坏，但会导致控制系统紊乱、失效，电力变换器中的PWM控制芯片尤其易受单粒子效应的影响，导致输出不稳定甚至造成PWM控制器损坏，而错误的驱动脉冲在大功率变换装置中会导致桥臂直通等致命性后果[33-35]。

3.2.3 绝缘材料的性能劣化

空间电力系统的绝缘材料包括暴露于星体外的电力传输电缆以及高压电力变换设备和机电部件内部的绝缘介质，空间辐射环境对于绝缘材料的影响主要包括两个方面：

（1）由于紫外辐射引发星外电缆绝缘材料的表面化学老化，在低温下会发生表面脆化、产生微裂纹，微裂纹将导致绝缘体表面裂纹扩展，发生真空放电和电击穿。其主要原因在于绝缘材料长时间处于紫外射线环境下，射线辐照造成高分子材料发生不可逆的化学反应，高分子材料内部产生大量强极性自由基，这些极性自由基重新结合后形成分子链的交联及其他多种小分子，改变了高分子材料的成分和结构，导致电缆绝缘材料的物理和化学性能发生改变，最终引起绝缘和电气性能的下降[36]。

（2）对于传输电缆和设备内容的绝缘介质，高能空间带电粒子会穿过电缆表面以及设备壳体，在绝缘介质材料内部形成电荷积累，积累的位置和程度与高能电子的能量和密度分布有关。同时高压导体也会将电荷注入绝缘材料内部，对于kV以上的高电压环境，此因素将对绝缘材料内部的空间电荷分布起到重要影响。空间电荷的聚集会使电介质周围电场发生畸变，使材料内部能量分布失衡从而导致材料老化，是导致绝缘材料局部放电甚至击穿的主要原因。

3.2.4 静电放电引起高压大功率部件二次放电问题

由于空间辐射环境而导致的航天器表面充电和深层介质充电会造成航天器表面与周围空间环境或航天器不同部件之间出现较大的电位差，当电位差达到一定量级时，会产生静电放电，称为一次放电。一次放电能量较小，一般不会对于材料或设备造成致命性影响。

但是对于高压大功率部件，如太阳电池阵、太阳帆板驱动机构、高压电力变换设备等，一次放电可能会产生一个低气压的等离子体导电通道，从而使得高压正、负电极间直接导通，发生短路，由于电流很大，使得通道附近的材料热解、熔化，进而造成部件局部或整体破坏。二次放电问题对于高压太阳电池阵尤为重要，曾引发多起航天器重大事故。高压太阳阵串间的高电位差和表面静电放电是引起二次放电的必要条件。其典型过程如下：

（1）在空间等离子体环境中，由于表面充电，在高压太阳阵表面由互连片、盖片和胶组成的区域产生静电放电事件。

（2）静电放电在放电位置产生区域性的高密度等离子体环境。

（3）当高压太阳阵串间电势差高于二次放电电压阈值时，电池电路高低电位之间通过高密度等离子体通路发生导通，产生二次放电。

二次放电效应是影响大功率电力系统在轨安全运行的最重要因素之一，将引发航天器出现严重故障，甚至直接导致航天器彻底失效[37-42]。

3.3 空间高压大功率电力系统的辐射防护需求

3.3.1 高压太阳电池阵辐射防护需求

高压太阳电池阵辐射防护需求主要包括太阳电池的辐射防护和高压电池阵的放电防护两个方面。未来的高压太阳电池阵的优选方向是基于薄膜砷化镓电池的薄膜太阳电池阵，其外观如图9所示。该设计思路对于电池阵的辐射防护提出很高的要求。

首先，需要解决薄膜太阳电池的防辐射性能衰减问题，可以考虑开发新型的超轻的防护薄膜以取代传统的玻璃盖片以及开发新型的薄膜砷化镓电池。此外，为了降低电池阵电缆的质量以及电力变换设备的电压比，对于超大功率太阳电池阵的供电电压需要达到400V以上[43-45]。针对高压电池阵的放电防护，一般采用的防护手段包括降低相邻电池片间的电压、电池片间隙注胶、减小电池串电流等[46]，但以上方法均不适用于轻量化的薄膜大功率高压电池阵，需要从薄膜高压电池阵的特点出发，提出新的解决方案。

图9 砷化镓太阳电池

3.3.2 高压大功率传输电缆的辐射防护需求

未来的高压大功率传输电缆的工作电压应达到1kV甚至10kV以上，其辐射防护需求主要是提高绝缘介质的防辐射性能，减少或优化空间电荷的积累，延缓老化，提高寿命。目前主要的研究思路是在电缆绝缘中加入无机纳米氧化物来抑制电缆绝缘中的空间电荷[47,48]。

其中一个重要的研究方向是开发具有非线性电导特性的材料，既保证正常工作下的高绝缘性能，又能在高带电情况下以暂态高电导释放掉危险静电荷[49-52]。目前该方法已将铁氟龙（Polytetrafluoro Ethylene, PTFE）的非线性电导阈值从25kV/mm下降至7kV/mm，远低于材料的击穿强度。该方法对于高压传输电缆可能会造成较大的损耗，需要进行深入研究。

3.3.3 导电旋转关节的绝缘防护需求

太阳帆板驱动机构（Solar Array Drive Assembly, SADA）是航天器上关键的单点失效环节，发生事故对于卫星是致命的。其绝缘防护的重点是在正、负环间不发生致命性的放电短路。目前的地面试验表明表面充放电未对设计合理的SADA正常工作造成明显影响[43]。但随着传输功率达到百千瓦以上、电压达到千伏以上，所带来的绝缘要求将大大提升，需要特别关注绝缘介质的深层充电带来的破坏性放电的产生。

3.3.4 高压大功率电力管理设备辐射防护需求

高压大功率电力管理设备的辐射防护需要从器件和电路的抗辐射加固以及高压绝缘防护几方面考虑。器件抗辐射加固的重点是考虑新型的SiC、GaN器件，采用新型的封装材料，并从器件的设计和工艺上采取措施进行加固，尽量减小出现单粒子翻转和锁定，杜绝出现单粒子烧毁。

基于器件可能出现的单粒子事件进行分析，从电路设计和软件设计上采用抗干扰技术、容错技术、简编技术等保护措施以及硬件和软件的数据检错和纠错等措施，把单粒子效应所造成的影响降到最低，防止其产生重大危害。高压绝缘防护一方面要通过增加整个设备的屏蔽，减小绝缘介质的深层充电；另一方面也要研究采用材料改性的方式来抑制空间电荷的积累，并要从设计和工艺上防止发生二次放电的风险[53-58]。

结论

人类探索太空和开发空间资源的步伐逐渐加大，对于航天器的供电要求也不断提升，空间供电能力不足已成为制约航天技术提升的瓶颈之一。随着功率需求的提升，高压供电体制成为空间大功率电力系统发展的必然方向，而由于空间环境的特殊性，高压大功率电力系统与空间辐射环境的作用机制成为待解决的关键问题。

发展空间高压电力传输与管理系统，将牵引多项关键技术和新型材料及器件的发展，加快其研究对我国在超大功率航天器系统创新方面的逐步开拓，以及全面提升超大功率航天器系统的研发能力，不仅具有重要的战略意义，其学术价值也特别重大。