高压IGCT三电平变流器的试验研究

IGCT元件的结构特点使其在高电压和大电流范围具有优越的性能,而IGCT元件驱动与元件的高度集成化又使其使用很方便.使用IGCT元件的三电平电路结构在高压大功率变流器中得到广泛的应用.对IGCT变流器逆变部分目前国内外使用的主要拓扑结构进行总结,并在理论分析及系统仿真的基础上,设计了高压IGCT三电平变流器.对IGCT元件及变流器系统进行试验,检验该变流器的工作性能.试验结果表明,该变流器达到了设计要求,具有良好的性能.     

基于IGCT的大功率变流器的研制

鉴于传统大功率变流器在提高输出电压等级时的可靠性问题,研究一种采用中性点箝位(NPC)的拓扑结构,基于集成门极换流晶闸管(IGCT)器件的提高整机输出电压等级的方法.通过仿真分析了不同杂散参数对IGCT开关特性的影响,设计具有独立式缓冲电路的功率单元,采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)方法,研制出IGCT三电平变流器,...     

大功率IGCT三电平变流器空间矢量PWM调制算法

在高压大容量交流传动系统中,由新型开关器件IGCT构成的大功率三电平中点钳位式变流器结构正在被广泛采用.由于IGCT器件具有比较低的开关频率,使得基于IGCT器件的变流器的调制方法与一般的基于IGBT的变流器有很大的不同.本文详细阐述了电压空间矢量PWM方法(SVPWM)在三电平中点钳位式变流器(NPC)中的应用原理,并在一套基于IGCT的7.5MVA大功率三电平中点钳位式变流器上进行了验证,实验结果证实了理论分析的正确性.     

一种大容量变流器

为了提高高压大容量变流器的输出精度和可靠性,提出了一种采用不同类型器件组合的变流器新方案,即主电路每个桥臂上侧采用m只低速开关的大功率电力电子器件IGCT(ETO)串联,下侧采用n只高速开关的大功率电力电子器件IEGT(IGBT)并联。该结构除了增大变流器单元容量外,上侧串联的IGCT(ETO)可防止全部由IEGTI、GBT并联产生的直流源短路,且即使其中一个器件损坏,变流器仍能正常运行,便于事故报警后及时更换所坏器件,防止事故扩散,故可靠性高;同时,脉宽调制(PWM)控制采用分时处理技术,定量分析了采用分时处理技术对器件发热量以及载波信号极限频率的影响。最后,给出了由不同类型器件组成的二电平变流器的实用电路,并对实现该方案的不同类型器件的参数匹配进行了探讨,为今后设计、使用此类变流器提供参考。     

IGCT功能仿真模型及其应用

集成门极换流晶闸管(IntegratedGateCommutatedThyristors,简称IGCT)以其优越的性能,在中、高压大功率变换器领域得到越来越广泛的应用。本文在SIMPLORER仿真平台下建立了IGCT器件的功能仿真模型;介绍了建模原理及模型结构。根据5SHY35L4510型IGCT给出的主要参数进行了电路仿真。根据仿真结果,分析了电路中各参数对器件开关瞬态过程电压、电流的影响。     

大功率三电平中点箝位变流器损耗特性分析

随着大功率变流器容量的提升,功率器件的损耗也逐步增加,从而导致系统的散热及可靠性问题变得更加突出。本文分析了基于IGCT器件的三电平中点箝位变流器各部分损耗的理论计算方法。考虑高压大电流条件下器件电压及电流谐波含量对损耗计算的影响,本文通过电压及电流瞬时值计算功率器件通态损耗、开关损耗,以及缓冲电路损耗,实现变流器系统损耗的准确计算,为大功率变流器不同拓扑结构和调制策略的效率优化分析打下基础,也为系统散热设计提供参考基准。基于负载功率自循环老化原理,本文通过仿真和实验验证损耗计算模型及仿真平台的正确性和有效性,在工程实践上具有一定的实用性。     

中性点箝位型三电平高压变频器实验分析

基于集成门极换向晶闸管(IGCT)串联的中性点箝位型三电平高压大功率变频器中,变频器直流环节(包括限流电感、箝位电容及限流电阻)参数设置合理与否关系到高压变频器的安全运行.文中分析了直流环节的时间常数大于和小于脉宽调制的死区时间的IGCT开关特性,从而得出在直流限流电路的时间常数小于PWM调制的死区时间,IGCT开通时的di/dt相对较小,反之,则di/dt相对较大并有可能损坏器件.通过简化实验电路来模拟三电平高压大功率变频器换流过程,实验结果验证了当直流限流电路的时间常数小于PWM调制的死区时间时,开关管的di/dt较小.     

高压大功率IGCT器件在PSIM中的仿真研究

由于高压大功率IGCT器件的优越性能,使其在高压大功率变换器领域中逐渐得到广泛应用.本文研究了一种适用于高压大功率变流仿真的IGCT功能模型,该模型依据IGCT的主要外部物理特性(主要是阳极电流和关断电压),在PSIM软件包下建立的等效电路.此模型的主要特点为计算速度快,参数求解方便等.该文还详细描述了该模型的测试电路,并根据ABB公司给出的5SHY35L4510模型主要参数进行实验,通过仿真和实验的波形对比表明该模型具有一定理论参考价值和实用性.     

一种四管动作的高压大功率三电平变流器双脉冲测试方法

多电平逆变器适用于高压大功率的应用场合,但其结构复杂,所需的功率开关器件众多,给电路的设计和性能测试带来很多新问题。为了测试各开关器件的电压电流应力、缓冲电路抑制电压尖峰的效果和层叠式复合母排的性能,该文针对一台高压大功率二极管箝位型三电平变流器,提出一种四管动作的双脉冲测试方法,该方法不同于用常规的斩波电路进行双脉冲测试,而是在实际装置中进行,能够模拟变流器正常工作时的所有换流模态,更真实地反映各功率开关器件的动态特性。若双脉冲的时序和脉宽设计不当,功率开关器件会出现非正常的换流模态和很大的关断过电压,过大的关断过电压可能导致器件失效。该文深入研究了产生过电压的原因并得出故障时封锁脉冲的时序。该文研究成果为二极管箝位型三电平全桥电路的测试提供了有效手段,对于设计可靠的三电平变流器具有理论和现实意义。     

载波移相技术在链式STATCOM中的应用

目前已投产的大容量静态同步补偿器(STATCOM)多采用多电平链式结构.在大功率变流器场合中,期望大功率、耐高压的电力电子装置能够在尽可能高的开头频率下工作.以提高输出波形质量.但大功率开关器件所允许的开关频率较低,很难将传统PWM技术运用于这些大容量变流器.CPS-SPWM技术是一种适用于大功率电力开关变流器的优秀调制策略,能够在较低的器件开关频率下实现较高等效开关频率的效果,且输出波形谐波较少.     

并联混合型有源电力滤波器的PSIM仿真研究

提出了一种利用仿真软件PSIM来研究和开发电力电子新装置的方法,并以韶冶谐波治理系统的设计过程为例, 说明了该方法与目前广泛使用的PSB仿真方法相比,具有更快的收敛速度和更友好的人机界面,使得研究电力电子系统更为简单。     

一种新型拓扑的背靠背柔性直流输电系统及其仿真

从降低电力电子器件直接串联数目、器件开关频率和简化主电路拓扑结构3个方面出发,提出一种基于模块级联的背靠背柔性直流输电结构。选用了高压大电流、低导通损耗而开关频率却相对较低的开关器件IGCT,设计了基于该系统模型的控制系统,确定了其控制策略。MATLAB软件仿真结果证实了笔者提出的背靠背柔性直流输电系统模型的正确性和控制策略的有效性。     

用于大功率变流器的IGCT功能型模型

IGCT(集成门极换流晶闸管)由于其优越的性能在中压大功率变换器领域中正逐渐得到广泛应用。该文描述了一种适用于高压大功率变流仿真和计算机设计的IGCT功能型模型，该模型是依据IGCT的主要外部物理特性，在PSIM软件包下建立的等效电路。此模型的主要特点就是计算速度快，参数求解简单。该文详细描述了该模型的等效原理和模型构成，并根据IGCT-5SHX08F4502给出了模型主要参数。仿真和实验结果对比表明该模型具有一定的实用性。     

Boost变换APFC电路设计与仿真

Boost变换是非纯阻抗输入型电路,存在功率因数低的缺点。针对Boost变换设计了主动式功率因数校正电路,并采用PSIM软件进行了电路建模和仿真。仿真结果表明:采用功率因数校正电路后的Boost变换电路的功率因数高、总谐波畸变率低。     

两种IGCT三电平变频产品功率部分的比较

目前在中压兆瓦级变频应用中IGCT器件比GTO和HV-IGBT有更多的综合优势.在兆瓦级变频应用领域,基于IGCT器件的中压变频器产品已经越来越多地得到应用.两家国际知名电气公司ABB和SIEMENS都生产基于中点钳位三电平拓扑的中压变频系列产品.简单介绍了两家公司的电压型中压变频器产品,并试图通过对这两家公司的两种典型产品功率部分的简单比较,来说明两家公司相关产品功率部分的若干技术特点.     

一种新型电流源型变换器

对直流纹波注入的概念进行了介绍,在此基础上对基于多电平注入式的新型电流源型变换器进行了分析,并且基于PSCAD/EMTDC的软件环境下进行了仿真分析。通过对九电平注入仿真波形的分析,总结了此新型拓扑结构和仿真波形特点,给出了具体的触发方法。此新型电流源型变换器融合了多电平、谐波注入和软开关的技术,不仅为主桥开关的切换提供了安全可靠的零电流条件,而且具有很好的谐波抑制能力,减少了交流侧安装大容量交流电容作为吸收电路的不便。由于注入电流的多级变换,所以减少了对注入开关容量的要求。     

Reduction of Losses and Efficiency Enhancement of a Zero-voltage Transition–Zero-current Transition Pulse-width Modulated Synchronous Buck Converter with a Simple Passive Auxiliary Circuit

In this article, a novel auxiliary circuit is incorporated with a synchronous buck converter, which provides zero-voltage transition–zero-current transition switching conditions for the main and synchronous switches in the proposed converter. There are no additional voltage and current stress on main and synchronous switches due to the resonance of the auxiliary circuit that acts for a small segment of time in the proposed converter. A zero-voltage transition–zero-current transition pulse-width modulated synchronous buck converter with a simple passive auxiliary circuit reduces the stress and improves the efficiency by pacifying the conduction and switching losses compared to a traditional converter. The important design feature of the zero-voltage transition zero-current transition pulse-width modulated synchronous buck converter is the placement of resonant components that mollify the conduction and switching losses. Due to the zero-voltage transition–zero-current transition, the resonant components with low values are used, thereby resulting in the increase of switching frequency. The zero-voltage transition–zero-current transition operation of the proposed converter is presented through theoretical analysis. The characteristics of the proposed converter are verified with simulation in the PSIM (Powersim Inc, Rockville, USA) co-simulated with a MATLAB/SIMULINK (The Math Works, Natick, Massachusetts, USA) environment and implemented experimentally.     

基于电流馈电推挽式变换拓扑的变换器电源设计

以提高变换器电源的效率和可靠性为目标,设计了基于电流馈电推挽式变换拓扑的变换器电源。为使变换器电源具备开关管以零电压开关方式通断、开关频率恒定等理想特性,采用电压型推挽全桥逆变器,设计属于电流馈电推挽式变换拓扑结构的变换器电源装置主回路。选择DSSK60-015A全波整流二极管作为变换器电源主回路硬件;通过反馈控制电路调控电压波动时控制端流变化;根据变压器电感、匝数、线径等特性设计变压器绕制结构,完成变换器电源变压过程;设计保护电路,保证电源可靠工作。实验结果表明,所设计的变换器电源的输出电压、电流误差范围均在2%内,开关管实现了零压开通,变换器电源功率因数均保持在0.96以上,且效率高达95%。     

A novel active auxiliary circuit for efficiency enhancement integrated with synchronous buck converter

In this paper, a novel auxiliary circuit is introduced for the synchronous buck converter. This auxiliary circuit provides zero‐current, zero‐voltage switching conditions for the main and synchronous switches while providing zero‐current condition for the auxiliary switch and diodes. The proposed active auxiliary circuit integrated with synchronous buck converter that emanates to zero‐voltage transition (ZVT)–zero‐current transition (ZCT) pulse width‐modulated (PWM) synchronous buck converter is analyzed, and its operating modes are presented. The additional voltage and current stresses on main, synchronous and auxiliary switches get decimated because of the resonance of the auxiliary circuit that acts for a small segment of time in the proposed converter. The important design feature of soft‐switching converters is the placement of resonant components that mollifies the switching and conduction losses. With the advent of ZVT–ZCT switching, there is an increase in the switching frequency that declines the resonant component values in the converters and also constricts the switching losses. The characteristics of the proposed converter are verified with the simulation in the Power Sim (PSIM) software co‐simulated with MATLAB/SIMULINK environment and implemented experimentally. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.