受杂散电感影响的大容量变换器中IGCT关断特性研究

集成门极换流晶闸管(IGCT)是大容量变换器高效可靠运行的重要元件。电路杂散电感会严重地影响IGCT的关断特性，增大器件的电压应力和关断损耗，甚至导致器件损坏。以基于IGCT的12 50 kW/6 kV三电平变频器为例，通过理论分析、仿真和实验，深入研究杂散电感对IGCT关断特性的影响。通过引入影响因子的概念，评估不同支路杂散电感影响的严重程度，据此提出杂散电感的设计原则。结合变换器柜上的单管IGCT测试方案，使得杂散电感和IGCT关断特性的准确预估成为可能，为基于IGCT的大容量变换器的设计和优化提供了重要的指导。     

适用于电压尖峰抑制的间接矩阵变换器电路杂散电感建模与优化设计

间接矩阵变换器换流过程及换流回路复杂,换流回路中存在大量杂散电感且不可忽略,在功率器件高频动作时将出现电压尖峰,导致功率器件的失效和损坏。对此,本文深入分析了间接矩阵变换器的换流原理及过程,通过构建换流回路的等效电路模型,采用电磁计算方法,探究影响杂散电感的主要因素及其对器件电压尖峰的影响作用机理,在此基础上,利用ANSYS软件建立间接矩阵变换器3D模型,进行杂散电感参数提取。据此,提出了一种电路优化设计方案,通过优化母排结构、布线方式、布线位置以及线路尺寸抑制换流回路杂散电感。对优化前后的样机进行仿真和实验测试,结果表明,杂散电感仿真值与实验值趋势大致相同,优化前后杂散电感值均有显著下降,最大下降32. 7%。相应地,功率器件关断时电压尖峰得以抑制,最大下降18. 3%,使得各器件均能工作于额定电压内。由此可见,建立的模型准确、可靠;且优化设计方案减小了换流回路的杂散电感,抑制了功率器件的电压尖峰,提高了系统运行的安全性、稳定性。     

计及杂散电感的直流断路器建模方法研究

特高压直流输电系统中,混合式直流断路器为了耐受高电压,主支路和转移支路由大量电力电子器件组成,导致其内部杂散参数分布复杂,影响断路器的换流和分断特性.基于此,针对二极管桥式混合直流断路器拓扑,研究了杂散电感对换流过程断路器电气应力的影响,提出了一种计及杂散电感的混合式直流断路器建模方法.采用PSCAD/EMTDC建立仿真模型,搭建样机进行试验验证,结果表明该建模方法能够模拟杂散电感对断路器特性的影响,具有较高的仿真精度,对样机参数优化有指导意义.     

基于IGBT开关过程的变流器杂散电感分析方法

在IGBT关断的瞬态过程中,变流器杂散电感会使IGBT的集、射极之间产生较高的电压尖峰,从而造成较大的电磁干扰,甚至导致IGBT损坏。若能测量变流器杂散电感,则可在一定程度上预估该电压尖峰,并设计适当的缓冲电路。本文分析了IGBT开通和关断瞬态过程中各阶段的电压和电流,提出了一种优化的基于IGBT开关过程的大功率变流器杂散参数分析方法。通过双脉冲测试方法对西门康功率器件SKM400GAL176D的开关过程进行测试,获取其开通和关断瞬态过程曲线,利用前述方法计算出母排杂散电感。将计算结果与仿真软件提取结果、E4980A阻抗分析仪测试结果进行对比,验证了该方法的准确性与实用性。     

杂散参数对IGBT串联阀开通过程的影响及抑制

由于电压源换流器(voltage source converter,VSC)的直流侧电压很高,绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)阀组的开关过程非常短,导致交流侧输出电压变化率非常高。该电压作用于交流侧对地杂散电容,会增加IGBT在开通瞬间的电流过冲,造成很大的开通应力,影响IGBT的安全稳定运行;且电压越高,影响越大。为此,首先对杂散参数对IGBT串联阀开通过程的影响进行了理论分析;在此基础上提出在阀侧装设阻波器抑制杂散参数引起的电流过冲,并给出了阻波器设计方案。仿真和实验结果验证了该措施的有效性。     

基于物理结构的电感杂散电容计算方法

介绍了一种计算电感杂散电容的解析方法,以电感的物理结构为基础,将电感绕组分割成彼此相同的基本单元,求出基本单元的电容,即可获得单层、多层电感的电容。实验证明计算的精确度令人满意,可对电感的设计和仿真提供帮助。     

碳化硅器件建模与杂散参数影响机理

为了更准确地评估碳化硅宽禁带半导体功率器件的性能和系统特性,需要搭建不同封装下器件的快速行为仿真模型,包括静态特性模型与动态响应模型。首先基于MOSFET器件EKV模型,舍去了原模型的漂移区电阻并赋予参数温度自由度后,实现一种仅需要器件数据手册的快速建模方法。对比原静态模型,改进模型收敛速度更快;器件转移特性和输出特性拟合精确度有明显提高;不同结温的静态特性可独立建模。其次,基于静态模型参数,校正了寄生电容和跨导,加入模块封装和层叠母排的杂散电感和分布电容参数,分阶段建立了开关过程中驱动回路和主回路微分方程,给出了器件杂散参数提取过程以及漏极电流、端电压的动态响应求解方法。最后搭建碳化硅功率模块双脉冲实验电路,结果显示模型可真实重现开关过程中的电压电流尖峰与振铃细节。     

大容量电力电子装置中母排杂散电感提取方法的优化研究

在大容量电力电子装置中,母排的杂散电感在开关器件换流过程中会引入非理想的电压尖峰,并使得系统的电磁干扰进一步恶化。为分析与优化系统性能,需要对母排的杂散电感进行准确提取。相比于传统微分法,应用积分法提取母排杂散电感具有抗噪声能力强、计算结果对波形形状不敏感等优点,然而在简单的积分运算中积分时限的选取对计算结果有较大的影响。提出一种优化的积分形式的母排杂散电感的提取方法,在传统积分法的基础上考虑杂散电阻和测量偏置两个影响因素,提高了计算的准确度。最后,基于1 200V/3 600A的IGBT双脉冲测试平台,对母排进行有限元仿真,通过仿真结果与几种不同方法计算得到的结果进行对比,验证了所提方法的有效性与准确性。     

大容量IGBT逆变器的开关瞬态电压抑制

简单讨论了开关瞬态电压产生的原因,并提出减少功率电路分布电感以降低开关瞬态电压的方法和适用于大容量IGBT逆变电路的缓冲电路设计。     

基于电参数的IGBT开关瞬态过程耦合关系分析

IGBT开关瞬态电流变化过程包括开通电流上升过程和关断电流下降过程,由于功率器件的非线性特征及其与电路参数的紧密耦合,造成瞬态过程电磁现象复杂。重点研究了瞬态过程电压电流参数的耦合规律,分析了耦合关系对IGBT工作特性的影响。首先,分析了IGBT内寄生PIN结构、集射极电压对栅极控制模型的影响。其次,基于栅极控制模型的分析,提出集电极电流的拟合次数应考虑电流变化过程持续时间及计算场景,二次及以下多项式拟合可近似描述集电极电流波形并开展功率损耗分析,但不适于电流变化率和感应电压分析。再次,比较了开通和关断过程计算所得回路寄生电感值的差异,提出了不同过程计算回路寄生电感的适用范围及FWD封装寄生电感的计算方法。最后,分析了瞬态过程栅极电压和集射极电压的耦合关系,提出了通过栅极电压估计集射极电压的状态监测方法并进行了实验验证。     

基于功率MOSFET导通压降的短路保护方法

介绍了一种基于检测功率MOSFET导通压降实现短路保护的方法.该方法利用功率MOSFET自身导通电阻产生的导通压降,来得到保护控制信号,实现对功率MOSFET的保护.经实验及工程应用验证,该方法具有保护动作速度快,电路结构简单、可靠的特点.     

基于LC谐振的叠层母排杂散电感测量的新方法

现有的叠层母排杂散电感测量方法主要是基于电压过冲和关断电流变化率的原理,在精度上存在不足。为此提出了一种基于LC谐振的精确测量方法。测量时需要在IGBT桥臂两端并联吸收电容,并且在桥臂的上管并联一个线性电感器。控制桥臂下管的开关动作,就可以使叠层母排杂散电感和吸收电容构成二阶LC谐振回路。由于谐振周期和吸收电容的电容量都可以精确测量获得,因此可以准确计算得到杂散电感值。用该方法测量H桥逆变器叠层母排的杂散电感,测量结果验证了所提出方法的准确性。     

直流断路器半导体组件内母排电感对并联IGBT关断特性的影响及其结构优化

大功率绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor, IGBT)混合式高压直流断路器是适应多端柔性直流输电工程发展的关键装备,优化断路器半导体组件内IGBT故障大电流的关断特性进而确保器件安全可靠运行是断路器工程的重要部分.文章围绕组件内杂散电感对IGBT关断瞬态电压峰值、关断损...     

全桥变桥臂电压源变流器拓扑参数及恒压策略研究

变桥臂多电平变流拓扑(alternate-arm multi-level converter,A2MC)是应用于电压源换流器直流输电的新型多电平换流器拓扑。该文阐述了一种新型全桥变桥臂多电平变流拓扑(full-bridge alternate-arm voltage source converter, FA2MC)的工作原理;针对该新型换流器拓扑,从桥臂能量平衡的角度,对其子单元电容参数进行了合理设计,并针对各子单元电容电压均衡的问题,给出了一种简单有效的电压控制策略及桥臂电感参数选取依据。对该拓扑进行了三相并网模型 PSIM 仿真,并在实验室制作了单相样机,得到的仿真及实验波形验证了该拓扑结构的电容电感参数设计及子单元电容恒压策略的正确性和可行性。     

基于改进粒子群优化算法的CVT杂散电容参数估计方法

杂散电容是影响电容式电压互感器(CVT)谐波测量取值的不确定因素,通过分析CVT内部结构和杂散电容计算公式,发现杂散电容是具有随机性特点的区间型参数。为提高CVT谐波传递特性曲线的拟合精度,提出一种基于改进粒子群优化算法的CVT杂散电容参数估计方法。该方法以输入参数的置信区间为条件,以计算结果的误差最小为目标,在满足幅值、相移最小误差要求以及尽量多置信区间的条件下确定杂散电容的参数组合。通过建立电能质量综合试验平台,以某35 kV阻容分压式电压互感器二次侧输出的谐波电压值为基准,分析TYD35 3(1/2)-0.02HF型CVT实际谐波电压值和利用幅频曲线校正后的谐波电压值分别相对基准值的误差,验证了所提方法的有效性和可行性。     

基于优化模型的直流电缆雷电冲击电压试验波形参数控制

雷电冲击试验中的直流电缆为大电容试品,试验回路中电感对冲击波形的影响不可忽略,冲击电压发生器电阻参数设置不当将会导致波形过冲和振荡,为此提出一种基于优化模型的雷电冲击电压试验波形参数控制方法。首先,对试验回路进行理论推导,并分析波前时间和过冲率之间的关系,在此基础上引入一个可用于表征波形过冲率的变量Δ_m;其次,以波前时间最小为目标函数,通过限制Δ_m的数值对波形过冲率进行约束,建立电阻参数优化模型;最后,设置不同的Δ_m对模型进行求解,并通过仿真计算和实际试验验证其有效性。结果表明,随着Δ_m设置值的增加,过冲率呈上升趋势,波前时间呈下降趋势,优化模型能够对波形参数进行有效控制。为确定Δ_m的合理设置范围,研究了不同试品电容、不同回路电感下Δ_m设置值对过冲率、波前时间的影响。结果表明,Δ_m取值为0.9~1时,能够保证波形过冲率不超过标准规定的10%。     

高压系统谐波测量信号提取方法分析

介绍电磁式电压互感器、CVT、串联分压器、TA末屏分压、光学电压互感器等提取谐波测量信号方法的原理,分析各种方法的特点及适用范围,提出不同工况下谐波测量信号提取的最优方案。