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。     

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。     

IGCT关断暂态温度特性及其电热模型

集成门极换流晶闸管(IGCT)广泛应用于高压大功率电力电子装置中,受到环境温度变化和器件自热等影响,其开关特性发生显著改变。本文针对不同温度下的器件开关特性开展了测试实验,利用分阶段解析建模的方法分析了影响器件关断存储、基区承压以及拖尾电流三个阶段的关键温度依赖参数。分析结果表明关断存储阶段主要受到载流子寿命和射极复合系数的影响,但射极复合系数相对于载流子寿命对电流拖尾过程的影响随温度变化更为显著。在此基础上由所得关键参数建立了IGCT温度依赖模型,利用封装传热阻容子电路网络建立了器件的结壳传热模型。最后,基于该模型对IGCT关断暂态过程进行了电热仿真分析,通过仿真波形与实测波形的比较验证了该模型的准确性以及关键温变参数的影响。     

大功率牵引变流器IGCT器件损耗模型

集成门极换流晶闸管（IGCT）是保障大功率牵引变流器高效可靠运行的重要元件。IGCT器件开关过程中电压及电流的动态特性极大地影响了大功率变流器系统的稳定运行。研究了不同测试工况对4.5kV/4 kA的IGCT器件动态特性参数的影响,并提出了一种考虑器件电压、电流和温度的IGCT器件损耗数值模型。该模型形式简单、易于实现、具有可推广性,为进一步分析大功率变流器系统损耗及效率特性打下理论基础。     

IGCT及其逆变电路的PSpice仿真

集成门极换流晶闸管(IGCT)在中压领域的应用越来越广泛。利用PSpice软件包建立了IGCT的单2T-3R模型仿真电路,并基于此模型对中压变频器中的逆变单元,在载波频率为800Hz时的三种情况(不考虑线路杂散电感、考虑较大杂散电感、考虑一种故障情况)进行了仿真和分析。提出IGCT不安装关断吸收电路只是在线路结构紧凑、杂散电感较小的场合：否则要加装关断吸收电路。     

一种IGCT三电平变流器极限功率试验方法

提出一种可以评估大容量IGCT三电平变流器极限功率输出能力的测试方法。基于同步对称PWM调制及温度估计模型进行IGCT三电平变流器功率实验,可测试不同负载功率因数下、可逆运行下的设备容量,实现对功率器件温升的准确评估。该方法采用PWM脉宽实时调节的方式改变负载电感两端电压差,相比于一般同步调制方法直接改变查表角度或查表电压的方式,进一步减小了电流纹波,使测试电流更贴近实际情况。     

IGCT电磁暂态模型及损耗估算

在大功率电力电子装置的可靠性设计中,开关损耗的准确估算发挥着越来越重要的作用.结合上海50 MVA静止同步补偿器(STATCOM)试运行试验中出现的上下管发热不均衡的问题,剖析了H桥电路换流过程中各器件间的电气关系,提出了集成门板换向晶闸管(IGCT)电磁暂态模型及开关损耗计算方法.在此基础上,分析了发热不均衡的原因,并提出了改进的脉宽调制(PWM)方案.实验和仿真结果表明,该IGCT模型与实际波形接近,损耗估算方法准确,新PWM方案达到了均衡上下管发热的目的.     

高压IGCT缓冲电路的仿真与实验研究

针对6kV/1000kW高压变频器中集成门极换流晶闸管(Integnated Gate Commutation Thyristor,简称IGCT)的串联缓冲电路进行了设计.在分析串联缓冲电路的同时,计算了吸收电容和吸收电阻的取值范围.而后,对缓冲电路进行了PSIM仿真和试验,通过仿真和试验波形的比较,验证了缓冲电路的工作效果.结果表明,吸收电容和吸收电阻的取值合适,能够对IGCT起到很好的保护.     

高压大容量静止同步补偿器功率开关器件选用分析

在电力电子装置中,大功率开关器件很大程度上决定设备的技术经济指标.以南方电网35 kV/±200 Mvar链式静止同步补偿器(STATCOM)工程应用为背景,介绍了电子注入增强门极晶体管(IEGT)的基本结构、工作原理和性能特性分析,并与绝缘栅双极性晶体管(IGBT)与集成门极换向晶闸管(IGCT)的参数进行对比,阐述了基于IEGT的功率相模块结构及工作原理,并对其进行了试验验证.试验结果表明IEGT具有优越性,可作为高压大容量STATCOM功率开关器件的首选.所得结论经南方电网STATCOM实际工程应用验证,可供高压大容量STATCOM设计借鉴.     

基于IGCT的大功率NPC逆变器设计仿真与分析

新的门极换流晶闸管IGCT(IntegratedGateCommutatedThyristor)器件,优化的系统设计以及三电平拓扑的应用使大功率逆变器得到巨大的发展。详细描述了1个5MV·A基于IGCT的中点箝拉式NPC(NeutralPointClamped)逆变器的设计、仿真和分析。该逆变器直流母线电压为5kV,使用的IGCT是4.5kV/4.0kA,无关断吸收电路。成本、可靠性和开关特性是此逆变器设计的主要准则。该逆变器在软件包PSIM下仿真,其中IGCT模型是在PSIM下实现的功能型模型,控制算法采用的是空间矢量脉宽调制SVPWM(SpaceVectorPulse鄄WidthModulation)算法。仿真结果中既有逆变器的系统性能,也有单个IGCT的暂态过程。通过仿真结果,详细分析了该逆变器主电路在SVPWM算法控制下的换流过程,重点分析了1个桥臂中各杂散电感位置和定义以及它们对换流过程的影响。最后给出优化的设计规则和方案。     

IGCT变频器在矿井提升机调速系统中的应用

着重介绍了IGCT大功率三电平变频器在煤矿主井提升调速系统中的应用,分析了提升机电控系统中运用IGCT三电平逆变器的工作原理。IGCT变频器可以做到大功率、高电压,使提升机电控系统可靠性更高,输入、输出的功率因数为1,减少了电网的谐波污染,使提升效率明显高于同类型设备,能耗大幅度下降。     

IGCT变流器吸收箝位电路的参数设计

近年来对风机容量的要求出现了爆发式增长,已达3~7 MW。此外,并网谐波控制、低电压过渡等风机并网标准越来越严苛。以集成门极换流晶闸管(integrated gatecommutated thyristor,IGCT)为核心的中压直驱全功率变流装置既可满足风机的大容量要求,又能灵活实现电网故障过渡、电网无功支撑等要求,成为大容量风机的最优选择。在IGCT变流器中,箝位电路的参数将直接影响器件SOA、最小脉宽与并网电流质量,是风机功率模块设计中十分重要的部分。提出一套IGCT变流器吸收箝位电路的优化设计方法,显著简化了箝位电路的设计过程。在对箝位电路换流工况进行详细分析的基础上,提出了箝位电路的等效电路。根据等效电路进行了响应分析,综合考虑箝位电路的设计原则,找到了优化参数的选取方法,从而降低了最小脉宽限制,提高了动态恢复速度。给出了设计实例,并进行了仿真与实验验证。     

基于物理的IGCT电路模型参数提取方法

随着集成门极换流晶闸管(IGCT)在大功率电力电子装置的大范围推广,相应的高精度仿真研究必不可少,IGCT模型特别是具有较高精度的基于物理的IGCT电路仿真模型将发挥更加重要的作用。本文充分考虑了IGCT结构特点及其运行特性对参数提取的影响,结合理论分析、实验提取、实物测量及经验估算,在已有参数提取方法的基础上,提出了一种适用于基于改进型傅里叶级数法的IGCT电路模型的参数提取方法。搭建了具备感性负载的箝位电路测试平台,用于参数提取及提取方法验证,将采用本文方法提取的模型参数用于上述IGCT电路模型,进行电路仿真分析,所得IGCT模型仿真结果与实验结果高度拟合,验证了本文参数提取方法的正确性。     

IGCT在大功率电压源逆变器中的应用

介绍了IGCT的性能特点及使用中应注意的事项,给出了IGCT在两电平逆变器及中点箝位三电平逆变器应用中箝位电路的参数设计方法,分析了IGCT在中点箝位三电平逆变器应用中需要施加外触发的原因,给出了IGCT在6 kV高压变频调速中的应用情况。     

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。     

基于IGCT的新型固态桥式短路故障限流器

提出将带旁路电感的桥式短路故障限流器中的半控开关器件——可控硅,用大功率自关断器件——集成门极换流晶闸管（IGCT）代替,从而将整流桥的失控时间从半个周期缩短到电流信号检测时延,从而可以有效减小直流限流电感的电感量,将占据限流器体积、重量、成本主要部分的直流限流电感量缩小5／6以上。研究了在该特定电路条件下的基于IGCT的有源逆变控制方法,可以保证在采用IGCT后,桥路转入逆变工作方式和从限流器中退出时均不引起电感电流通路的阻断,因而不引起操作过电压。直流限流电感的电感量减小,有利于提高限流器动态特性,缩减由于充磁而导致波形畸变的时间。详细介绍了基于IGCT的短路故障限流器的控制策略,并进行了仿真和实验研究,结果证明了所提出的故障限流器及其控制策略的有效性和实用性。     

IGCT相模块吸收回路分析与参数匹配研究

集成门极换流晶闸管(IGCT)变流器广泛应用于中压大功率领域。其相模块中的吸收电路参数对器件的安全工作区、最小脉宽、器件损耗等均有直接影响,是模块设计的关键环节。通过分析吸收回路工作原理,结合器件安全工作区、吸收回路动态响应时间、换流时吸收二极管与吸收电阻功耗等因素,并充分考虑杂散电感的影响,提出一种将吸收回路参数匹配转换为多约束条件下的多目标达成的优化设计方法,并使用Matlab优化工具得到参数匹配的准确值。仿真与试验均验证了所提方法的实用性和有效性。     

IGCT器件在风力发电并网变流器中的应用

IGCT是一种基于GTO结构的新型大功率半导体开关器件。IGCT在电压和功率等级、效率、可靠性以及变流器结构设计等方面具有显著的特点和优势,非常适合大功率变流装置的应用要求。在此,简单介绍了风力发电技术的发展趋势,以及全功率变流风力发电系统的结构和特点。结合IGCT的工作原理和性能,分析了IGCT器件在风力发电并网变流器中的应用;此外,还介绍了国产IGCT器件技术的发展现状和试验情况。     

适用于直流开断的IGCT串联均压技术

电力电子器件的串并联是目前解决和实现高压、大功率直流断路器、电力电子变换器的主要组合方式。为此,围绕适用于高压直流开断的电力电子器件串并联技术,开展了面向瞬态开断的多器件静态及动态均压技术研究。首先,分析了集成门极换流晶闸管（integrated gate-commutated thyristor,IGCT）串联不均压原因及IGCT串联均压技术,以给出适用于直流开断的IGCT串联均压方案;其次,分析了缓冲电容、缓冲电阻和关断触发时间的差异对均压特性的影响;最后,搭建4个IGCT串联的电力电子阀组并进行实验验证。研究结果表明：（1）适用于直流开断的IGCT串联静态均压可通过并联静态均压电阻实现,负载侧动态均压可通过并联缓冲阻容电路的无源缓冲方法实现;（2）缓冲电容越大、缓冲电阻越小,过电压就越小;触发信号时间差越大,不均压程度就越大;（3）10.5 k V/1.5 k A阀组开断实验不均压系数为5.71%,均压效果良好;（4）基于模块化电力电子串联阀组,进行了混合式直流断路器整体联调实验,3.0 ms时间后关断短路电流为3.6 k A,关断产生过电压为21 k V。通过实验验证了适用于高压直流开断的IGCT串联阀组均压方案的可行性,可以为实现瞬态开断的模块化电力电子串联阀组工程应用提供技术基础。