新型通用混合型直流断路器用IGBT测试平台及测试分析

混合型直流断路器用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)器件在应用时不仅要保证其安全可靠,又要充分挖掘其能力,尤其是关断能力。然而,目前关于该应用工况下的IGBT器件特性研究尚不完善,尤其是其大电流下的关断特性,因此需要通过搭建测试平台测试IGBT器件的极限能力,包括极限关断能力、重合闸关断能力等。该文从混合型直流断路器的角度提出一种普遍适用的IGBT器件电气应力测试电路。首先,分析总结不同断路器拓扑和工况下的IGBT器件电气应力共性。基于此,提出新型通用混合型直流断路器用IGBT器件测试电路拓扑,该测试电路在电路参数调节上具有较大的灵活性,能够满足直流断路器各类工况下的不同测试和分析需求,并搭建相应测试平台。进一步地,对测试平台建立考虑寄生参数和特殊部件参数的简化模型,进而分析测试的各个阶段,得到被测IGBT器件电气应力满足的解析式。实验结果验证了测试电路的有效性以及测试电气应力易于调整的特点。该文提出的测试电路拓扑、测试电气应力分析和调整方法能够广泛地应用在断路器用IGBT器件考核和研发测试等方面。     

低应力全桥型串联谐振直流环节变流器

提出了串联谐振直流环节节流器的新拓扑结构,在取消直流大电感并为开关器件提供零电流开关条件的同时,有效地降低了开关器件的电压电流应力,可采用与同等容量下非谐振型交流器相同等级的开关器件。介绍了电路工作原理,分析了器件的电压电流应力,并给出了仿真及实验波形。     

宽ZVS负载范围4开关三电平直流变换器

提出一种4开关PWM三电平ZVS直流变换器,该变换器由传统三电平直流变换器和对称控制的半桥直流变换器复合而成。该电路非常适合高压直流变换领域。该变换器具有如下优点:所有开关串行联接,每个开关器件承受Vin/2的电压应力;4开关构造输出三电平,可有效减小输入输出滤波器并提高变换器的动态响应时间;所有开关器件在较宽的负载范围内实现软开关。文中分析了该电路的工作原理、软开关特性以及输入输出特性,并搭建了一套实验装置验证电路的基本工作原理。实验结果表明该电路工作原理正确,可以正常工作。     

一种新的双输入直流变换器

在两种以上能源输入的分布式供电系统中,采用多输入直流变换器替代多个单输入直流变换器,能够简化电路结构,降低系统成本.提出一种新的双输入Buck直流变换器,该电路具有电路结构简单、开关器件电压应力低、既可单独向负载供电,又可同时向负载供电等优点.分析双输入Buck直流变换器工作原理,给出变换器的稳态关系式,提出能量管理方法,最后通过一个420W的原理样机验证了理论分析的正确性和控制策略的有效性.     

改进型准有源栅极控制电路研究与设计

高压大功率变换器中如何降低半导体开关器件的电压应力是关键技术问题,而开关器件直接串联是重要的解决方案之一。在开关器件直接串联的高压电路中,开关器件的动、静态均压特性是关键指标。准有源栅极控制QAGC（quasi-active gate control）电路是具有代表性的串联均压拓扑,其特点是通过一个外部驱动源实现串联器件的动态、静态电压应力均衡,与此同时,可用于多个开关器件直接串联控制。研究表明,当QAGC驱动串联器件多于2个时,均压网络为上层器件提供的驱动电荷不足,降低串联器件的均压效果,严重时可能导致上层器件无法开通。针对这一问题研究了一种改进型QAGC电路,该电路将QAGC与一个辅助直流源相结合,辅助直流源在上层器件开通时刻提供额外驱动电荷,可保证器件的动、静态均压特性。分析了改进型QAGC的工作原理及设计方法,采用LTspice进行仿真并搭建实验平台进行验证,仿真和实验结果验证了电路拓扑的正确性。     

改进型箝位谐振直流环节逆变器的实现机理分析

为使箝位二极管承受的电压值不超过直流母线电压,提出了一种改进型箝位谐振直流环节逆变器,逆变器的辅助谐振电路中只有一个辅助开关器件,箝位电路中无需设置箝位开关,而且逆变器的直流母线电压被箝位在输入直流电压的1.1~1.3倍,有效地降低了电压应力。根据各工作阶段下的等效电路,分析了电路的工作过程,软开关实现条件和实验参数的设计,实验结果表明主开关器件在轻载和满载时都可以实现零电压软切换,辅助开关可以实现零电流软切换。因此,该拓扑结构能够有效地降低开关损耗。     

新型无源钳位谐振直流环节逆变器

为解决有源钳位谐振直流环节逆变器钳位电路中需设置独立钳位电源(通常用大电容代替)及辅助电路含有多个辅助开关器件的问题,设计出一种新型无源钳位谐振直流环节逆变器的拓扑结构。这种新型逆变器的钳位电路中无独立设置的钳位电源,在耦合电感的作用下,可将该逆变器的直流环节电压钳位在输入直流电压的1.1~1.3倍,有效地降低了电压应力。辅助谐振电路中只有一个辅助开关器件,有利于简化控制和降低硬件成本。根据各个阶段下的等效电路,分析了电路的工作过程和软开关实现条件,并进行了实验验证,实验结果表明开关器件实现了软开关,而且在额定功率3k W下,逆变器效率达到96%。因此,该拓扑结构能够有效地降低开关损耗,并提高工作效率。     

零电流开关关断过电压及其抑制

本文建立了开关器件在不同关断方式下的统一模型，分析了关断过电压与电路参数之间的关系。提出了零电流关断时过电压的抑制方法，分别应用于串联谐振直流环节变流器基本电路及无直流电感的新型电路，可以有效地抑制过电压，减小器件电压应力，同时给出了抑制前后的仿真及实验波形。     

高结温无延迟的VSC-HVDC阀合成试验方法

为了实现对电压源换流器型高压直流输电(VSC-HVDC)换流阀稳态应力和直流双极短路暂态应力的综合考核,提出了一种高结温无延迟的VSC-HVDC阀合成试验方法及其电路拓扑。无延迟的特点保证了注入带直流偏置的短路大电流时换流阀开关器件处于最高稳态结温状态,同时该方法有效地降低了换流阀的试验成本及电源需求。首先,分析了VSC-HVDC换流阀稳态运行和直流双极短路故障时的电应力。其次,结合应力等效机理,提出了高结温无延迟的VSCHVDC合成试验方法,并阐述了其运行机理。最后,通过搭建仿真模型和试验平台进行了验证,结果证明了提出的合成试验方法及其电路拓扑的可行性和有效性。     

一种新颖的并联谐振直流环节软开关逆变器

提出了一种新型的并联谐振直流环节电压源逆变器电路。该电路中所有开关器件均工作在零电压开关或零电流开关条件下。该电路开关器件少,只有1个主开关器件和1个辅助开关器件,控制简单且不依赖于负载电流的大小。过渡过程所需时间可以自由选择。直流母线零电压的持续时间与负载电流无关。在此给出了该电路详细的工作模式,理论分析,进行了实验验证,结果证实了所提出电路的正确性和有效性。     

Buck DC/DC变换器在星载开关电源中的应用

介绍了一款可用于星载开关电源的Buck DC/DC变换器。为满足星载开关电源的需要,相对于传统的BuckDC/DC变换器,该变换器在消浪涌电路、启动电路、驱动电路、过流保护电路的设计上做了一些改进,重点分析了其工作原理,并给出了相关设计公式。该变换器转换效率高,可广泛应用于星载开关电源。     

可隔离直流故障的直流电网用DC/DC变换器拓扑

直流电网作为光伏和风电等新能源汇集的重要手段,近些年获得了快速发展。DC/DC变换器作为直流电网中电压变换和隔离直流侧故障的关键设备也日益受到关注。提出了一种适用于直流电网的可隔离直流故障的新型DC/DC变换器拓扑,该拓扑基于半桥模块化多电平换流器型DC/DC变换器,增加故障转移支路,发生直流故障时更易切断故障电流,同时提出了其故障隔离策略。对比该拓扑与半桥式DC/DC变换器的技术性和经济性差异发现,当DC/DC变换器出口侧连接有多个换流站时,提出的DC/DC变换器方案不仅可以更快地切除故障线路,还减少了故障隔离对于直流断路器的依赖。在PSCAD/EMTDC中,针对两个直流电网的典型场景,进行了直流双极短路故障仿真。仿真结果表明,所提出的拓扑具备直流故障穿越能力,非常适用于大规模直流电网系统。     

逆变器并联系统直流环流产生原因及其检测与抑制方法

对于无输出隔离变压器的逆变器并联系统，各模块输出电压直流分量不一致会在模块间产生较大的直流环流。该文分析了逆变器输出电压产生直流分量的原因，介绍了逆变器并联系统直流环流检测和抑制方法。通过对逆变器基准正弦波直流分量的高精度数字调节，相应调节逆变器输出电压直流分量以抑制直流环流。在由两台3kVA逆变器组成的并联系统上进行的试验结果证明，该文介绍的直流环流检测与抑制方法对逆变器并联系统直流环流有较好的抑制效果。     

直流电缆上交流分量的计算及其屏蔽

交直流电缆并行敷设时,交流电缆会在直流电缆上产生感应电动势,进而产生工频电流分量.为此,针对上海柔性直流输电工程中可能的几种敷设方式下,对交流电缆在直流电缆上的感应电动势进行了计算,并且实测了不同接地方式下直流电缆金属屏蔽层对交流分量的屏蔽系数.计算结果表明,不同的敷设方式下交流电缆在直流电缆上产生的纵向感应电动势不同,三相交流电缆对直流电缆电磁耦合距离的不同是产生纵向感应电动势的根本原因;计算结果还发现在三相交流电缆与直流电缆耦合距离越远,所产生的纵向感应电动势越小;在4种敷设方式下,耦合距离超过2m后纵向感应电动势趋近于0.最后,还给出了实际工程中考虑屏蔽效应的直流电缆上感应电动势的计算方法,并且提出了屏蔽直流电缆上交流分量的方法.     

Modal Analysis of Induction Generator Based Wind Farm Connected to Series-compensated Transmission Line and Line Commutated Converter High-Voltage DC Transmission Line

This article presents a comprehensive analysis of the potential of sub-synchronous resonance in induction generator based wind farms connected to a line commutated converter based high-voltage DC transmission line. Since series-compensated lines are also known to cause sub-synchronous resonance in induction generator based (Type 1) wind farms, this study also considers a series-compensated line in parallel with the high-voltage DC line for the investigation of sub-synchronous resonance potential. The CIGRE benchmark high-voltage DC system and the IEEE first benchmark system are considered as the study system components. A linearized state-space model of the study system is developed for eigenvalue analysis followed by participation factor analysis. A sensitivity study of the sub-synchronous resonance modes with respect to variation in different model parameters, such as rectifier firing angle, DC line power flow, and series compensation level, is also reported. It is found that the high-voltage DC rectifier station current regulator does not interact with any of the sub-synchronous modes of the wind farm. However, in the event that the high-voltage DC line is blocked during a contingency, the wind farm will operate radially with the series-compensated line and may experience sub-synchronous resonance oscillation due to the induction generator effect.     

抑制高压直流换流站附近变压器中性线直流电流措施的研究

为了减小由于直流电流经换流变压器中性线的侵入而对交流系统产生的不利影响,笔者提出了一种抑制高压直流输电系统换流站附近交流变电站内变压器中性线直流电流的措施。对换流站附近变电站站内变压器发生直流偏磁现象的原因、机理及其危害进行了分析研究。在分析了同内外学者研究现状的基础上,提出了一种在换流变压器中性线串接小电容器并设置其旁路电路的新措施来抑制直流电流侵入的措施,并从对系统继电保护方面的影响进行了分析。仿真试验分析结果证明了该装置的有效性,表明了这是一种可靠有效地抑制变压器中性线直流电流的方法。     

Tapping on HVDC lines using DC transformers

This paper investigates a new topology for tap terminals on HVDC transmission, which is based on high-power DC/DC converters. The use of DC transformers brings benefits in terms of better resilience from tap system faults, more flexibility in power reversal, an additional control channel and lower costs for main AC/DC converter and transformer. The paper studies both options: using line commutated and voltage source converters as the main AC/DC tap converters. PSCAD simulation results are given for a 0.025 p.u. bidirectional tap on the 1000 MW CIGRE HVDC benchmark system. The simulation responses with a line commutated converter indicate ability to operate the tap terminal at neutral reactive power exchange over wide range of power levels and also excellent resilience to disturbances on the tap AC grid. The simulations with voltage source AC/DC converter also show excellent responses for wide range of inputs but the DC/DC converter becomes more complex. It is concluded that the proposed topology may provide means for wider access to the existing HVDC transmission links.     

DC/DC开关电容变换器的控制技术

根据DC/DC开关电容变换器目前的最新发展状况,对各种控制技术做了较为深入的探讨和分析,指出采用DC/DC开关电容变换器的软开关技术,不仅可以解决长期困扰变换器的功率和效率问题,而且给DC/DC开关电容变换器带来了崭新的发展。     

双向升压直流变换器型逆变器研究

分析研究了双向升压直流变换器型逆变器的电路拓扑、控制策略、稳态原理特性和关键电路参数设计准则,并给出了原理实验结果.该逆变器由两个输出反相的低频正弦脉动直流电压的双向功率流升压直流变换器以差动电路构成.理论分析和实验结果表明,该种逆变器具有电路拓扑简洁、双向功率传递、可升压等优点.     

Firing angle modulation for eliminating transformer DC currents incoupled AC-DC systems

A method of eliminating DC components of the currents in the transformer windings of a DC converter is presented. The method uses the technique of firing angle modulation. It is shown that merely eliminating the fundamental frequency component on the DC side may not remove this DC component. The impact of such control action at one converter on the other converters in the DC transmission system is also presented. It is also shown that the undesirable side effects of such a scheme include increased generation of noncharacteristic harmonics on both the AC and DC sides. The study is performed using an electromagnetic transients simulation program and theoretical calculations