电压源逆变器中器件结温与输出频率的关系

针对电力电子变换器中绝缘栅双极晶体管（IGBT）功率器件的结温及其幅值变化直接影响器件热失效进程的问题,通过结合热模型及损耗模型实现了器件结温的在线实时估算,给出了器件结温与功耗及输出频率之间的定量关系,在MATLAB/Simulink中建立了电流峰值控制的单相电压源逆变器模型,仿真结果验证了器件结温变化与输出频率之间的定性关系。结果表明,输出频率越低,器件结温变化越大,依据结温与输出频率之间的数学关系,采用简单的指数拟合关系式代替其复杂的指数表达式,更便于工程实际应用。     

基于模型预测控制的机侧变流器功率模块结温波动抑制策略

针对双馈风电机组运行在同步转速点附近时,低输出频率使机侧变流器功率模块承受较大结温波动,致使变流器可靠性降低的问题,提出一种结温波动抑制的模型预测控制(MPC)策略.首先,基于双馈感应电机电压和磁链方程,推导功率预测控制模型;其次,构建基于机组最大功率跟踪(MPPT)的目标函数;然后,搭建基于MPC的双馈风电机组电热仿...     

双馈抽水蓄能机组用三电平变流器器件损耗分析及其改进调制策略

提出一种降低NPC三电平变流器发热严重功率器件损耗的改进调制策略。首先,基于双馈抽水蓄能机组机侧变流器单相桥臂功率模块,研究不同运行工况下功率器件开关动作和电流通路,理论分析器件损耗分布不均现象及发热严重功率器件;其次,在传统调制策略的基础上,对不同合成电压矢量工作区域通过降低发热严重功率器件作用时间,获得改进调制策略;最后,对双馈抽水蓄能机组在发电和电动工况下机侧变流器热性能进行仿真分析。仿真获得发热严重功率器件,且与传统空间矢量调制策略相比,该调制策略能有效降低NPC三电平变流器发热严重功率器件的损耗和结温。     

MMC-HVDC系统功率器件的结温估算与寿命预测

柔性直流输电系统采用模块化多电平结构,半桥功率模块的寿命预测较为困难,提出了一种功率模块器件的结温实时监测方法及寿命耗损的评估方法。首先,研究了半桥功率模块的功率损耗计算方法,建立功率器件级的热阻模型,研究模块结温实时监测方法。然后,通过Lesit 寿命模型和线性损伤累积理论对模块寿命耗损进行定量研究,结果表明,功率波动是造成 IGBT 损伤的重要主因。最后,开展了功率模块的加载实验工作,所述结温与寿命预测方法的仿真与实验结果基本一致。     

基于壳温差的风电变流器IGBT模块基板焊层健康状态评估

风电变流器IGBT模块基板焊层脱落是重要是失效形式之一,现有基于红外成像技术的健康状态监测方法难以应用到实际风电变流器中,该文提出基于壳温差的风电变流器IGBT模块基板焊层健康状态评估方法。首先,基于实际风电变流器功率模块结构,建立IGBT模块三维有限元模型,分析不同基板焊层脱落度下芯片结温及壳温分布规律;其次,引入基板焊层劣化度概念,通过芯片定位、稳态过程识别以及基于BP神经网络的壳温值获取,建立基于壳温差的IGBT模块基板焊层状态评估模型;最后,通过风电变流器IGBT模块基板焊层脱落模拟实验,研究表明所提的基于壳温差可有效实现IGBT模块基板焊层健康状态评估。     

海上风电柔性直流输电变流器研究

简要分析海上风电柔性直流输电技术应用及变流器关键技术特点,设计基于柔性高压直流（HVDC）输电的风力发电机集中控制并网变流器主电路拓扑结构,基于电流峰值控制的三电平直流升压变换器双梯形波补偿方法,并利用滞环宽度可调的滞环比较器进行电流跟踪控制。仿真研究表明,该方法具有变流器功率管开关频率固定、减少开关应力及开关损耗、提高传输效率的特点,有助于减少开关器件电压应力和电抗器电流脉动值,提高系统运行的稳定性和可靠性。     

超导磁储能电压源型变流器系统电磁干扰分析

超导磁储能用电压源型变流器是超导磁体与电网进行能量交换的桥梁,采用复杂的级联结构,大量使用高频大功率开关器件(如IGBT)。工作时由于开关器件动作会产生很高的dv/dt和di/dt,引起严重的电磁干扰。首先,对超导磁储能电压源型变流器电磁干扰产生机理进行分析,进而提出该级联电路的传导电磁干扰等效电路模型;其次,对电路中各器件的高频特性进行分析。最后通过仿真,对比分析电路器件高频寄生参数对电磁干扰的影响。分析结果表明,器件的高频寄生参数对传导电磁干扰有很大影响,在高频段更为明显。     

风电变流器IGBT瞬态电热特性测试及其应用研究

针对风电变流器中的绝缘栅双极型晶体管(IGBT),研究IGBT模块瞬态电热特性测试试验及其工况应用。分析IGBT模块电热耦合效应,并确定瞬态热、电特性结温计算参数。自行设计并搭建瞬态电热特性测试试验系统。应用所搭建的系统测量IGBT瞬态热、电特性参数,并分别对瞬态热、电特性测试结果进行详细的分析研究。最后得到瞬态热、电特性对应的结温计算模型及工况结温探测方法,进而对瞬态热、电特性退化及其应用进行分析研究。     

计及IGBT暂态特性的光伏发电负载侧超高次谐波实验研究

针对SPWM逆变器造成的超高次谐波污染问题,文章依据第一类贝塞尔函数,推导出在平均对称规则采样法下,IGBT在实际工作中的开关延迟特性与光伏SPWM逆变电路输出电压谐波含量函数关系,提出一种基于K均值聚类与语谱图算法的超高次谐波含量检测及显示方法.最后,通过IGBT开关特性离线测试系统,明确开关延迟时间与结温关系,并搭...     

基于任务剖面的光伏逆变器综合寿命预测

提出一种考虑实际工况与环境因素的光伏逆变器综合寿命预测方法。对光伏逆变器一年内实际运行中的光照强度及温度采样值进行处理作为任务剖面,利用二重傅里叶级数得到器件的电流频谱幅值,即转换后的电流任务剖面;将电流任务剖面作为输入,基于电热模型与寿命模型对中小功率光伏逆变器中低可靠性器件,如功率半导体开关管和电解电容进行寿命预测,最终得到光伏逆变器的综合寿命。预测结果符合光伏逆变器5～10 a寿命的实际运行情况。     

光伏直流升压系统中级联DC/DC变流器的均流/均压控制策略

输入并联输出串联级联DC/DC变流器可减小开关器件承受的电流/电压应力，适用于低电压输入高电压输出的光伏直流升压系统。为了保证级联变流器的稳定工作，必须确保各模块的输出电压均衡。分析统一占空比控制策略的缺点，提出采用均流型MPPT控制策略实现输出均压和光伏模块的最大功率跟踪，针对均流型MPPT控制策略在光照强度发生变化时的暂态特性的不足提出在均流环的基础上叠加输出电压环的均流均压型MPPT控制策略，以改善系统的动态均压能力。并提出光伏直流升压系统中输入并联输出串联级联DC/DC变流器的模块化设计结构。仿真结果验证了该方法的有效性。     

双馈风机变流器Crowbar设计

为了满足国家电网"低电压穿越功能"的强制性要求,风电机组的核心部件变流器必须要设计保护装置Crowbar电路。文章主要结合电压跌落时双馈式风电系统工作过程和工作方式,以1.5MW双馈变流器为例,选择了主要的开关器件IGBT,设计了其主电路和驱动电路,并对设计结果进行了试验验证。     

用于海上风电场直流输电的新型变换器

针对永磁直驱风力发电机变流技术的特点,并根据柔性直流输电系统的电压和功率控制要求,提出了一种新型的直流变换器。该变流器采用三电平拓扑结构、内环电流峰值控制,以及适用于三电平Boost变换器电流峰值控制的双梯形波补偿控制方法,经Matlab／Simulink仿真,研究结果证明该变流器具有功率开关电压应力小、电抗器电流脉动小,以及运行可靠、动态响应性能好等优点,适用于海上风电柔性直流输电等大功率、高电压场合。     

双馈风力发电机网侧变流器新型拓扑控制研究

文章对大功率双馈风力发电机网侧变流器并网时,电压不平衡问题提出一种有效网侧控制拓扑结构,该结构采用3个单相变流器代替原有的三相变流器,通过补偿电压达到限制故障电流同时稳定直流电压的目的。本方法减小了变流器容量,增强了可控性和适应性,同时还可在电压跌落或波动情况下保持同步到电网。最后在MATLAB/SIMULINK环境下,验证了文章所提控制方案的有效性。     

损耗均衡分布的低耗逆变器模型预测控制研究

针对传统的模型预测控制所存在的开关频率较高、逆变器损耗较大,而使开关器件的结温升高,系统故障率增加的问题,文章提出了一种低损耗且损耗分布均衡的并网逆变器模型预测控制方法。该方法在每个采样周期内的预选矢量集包含4个电压矢量,其中2个零矢量和2个相邻的非零矢量,降低了开关频率,减小了逆变器损耗,且不影响电流控制。文章还通过仿真建立了逆变器损耗模型,验证了所提方法的有效性。     

基于环境温度、负载率的光伏逆变器温升研究

外部环境温度高低及输入逆变器的负载率大小直接决定光伏逆变器的温升变化,温升是衡量可靠性的关键因素。通过逆变器内主要功率元器件的温升变化来研究逆变器的温升,应用传热学理论、能量守恒定律、结温与热阻原理并通过循环迭代的方法建立外部环境温度、负载率与IGBT损耗及温升的数学关系式。通过光伏逆变器温升试验,高低温环境箱-25～60℃下的实验结果确定IGBT管壳-散热器热阻、散热器至空气热阻,并测试不同负载率下元器件的壳温变化。研究结果表明:在不同环境温度、不同负载率下温升模型与实验结果的差异在8%以内,可作为一种预测光伏逆变器实时运行状态下大功率元器件温度的方法,为评估逆变器可靠性提供理论依据。     

峰值结温筛选与节能

引言 各种功率半导体器件,包括功率二极管、功率晶体管以及可控硅整流器,都需要进行老炼。老炼已成为筛选的一个必要手段。由于对器件的可靠性要求等级不同,老炼的时间也不同。例如:美国军标MIL—S—750,规定为168小时,美国宇航局定为240小时,通讯卫星上的器件定为2000小时。老炼时所加的功率,由器件的壳温以及结温决定。在国内,一般额定功率下,相应的壳温为75℃±5℃,对于锗器件结温为85～125℃,对于硅器件结温     

三电平并网逆变器基于有限集模型预测控制的新型谐波抑制策略

有限集模型预测控制应用于大功率并网逆变器能在控制并网电流的同时降低开关频率,然而随着开关频率的降低,并网电流的谐波显著变大.针对这一问题,提出一种带有新型谐波抑制策略的改进型有限集模型预测控制方法,谐波抑制这一目标被添加到有限集模型预测控制的多目标优化过程中,谐波抑制策略是基于三角函数正交性对谐波幅值进行提取来实现的....     

基于大规模风、光并网外送需求的高压直流混合式直流断路器研究

全控型器件的直流断路器作为风电、光伏直流外送通道的关键设备,存在成本高、耐短路电流能力差等问题。文章提出了一种基于晶闸管和IGBT全桥子模块串联的新型混合直流断路器拓扑结构,其固态部分由大量晶闸管和少量IGBT全桥子模块串联构成,降低了器件成本和送出通道建设成本,同时借助全桥子模块,晶闸管可以在反向电压的作用下快速关断。最后仿真验证了新型直流断路器的分断性能。     

基于FLUENT的功率控制器IGBT模块散热设计及仿真分析

IGBT模块作为新能源电动汽车功率控制器的核心器件,其散热效果对汽车的可靠性、安全性有重要的意义。以富士电机7MBR15NF120型IGBT模块为研究对象,针对高压、大电流和高功率的功率控制器关键模块发热源情况设计了两种功率控制器散热方式。利用SOLIDWORKS软件进行建模,通过ANSYS仿真软件FLUENT模块进行温度场和流场的耦合计算,根据理论计算与仿真实验结果,对功率控制器的功率损耗和散热器的传热能力进行分析。结果表明：S形结构散热器模块最高温度为117.00℃,IGBT芯片最低温度为90.20℃,芯片均温为93.20℃;叉排形结构散热器模块整体最高温度为133.00℃,IGBT芯片最低温度为101.00℃,芯片均温为116.50℃。S形结构流道的平均流速为3.600 m/s,叉排形结构流道的平均流速为1.300 m/s。S形结构散热器比叉排形结构散热器的散热效果好,更好地保证功率控制器的正常工作,提高功率控制器的可靠性。