基于IGCT的中心点钳位型三电平高压变频器直流环节研究

将IGCT串联技术应用于中性点箝位型三电平高压大功率变频器，研究了变频器直流环节（包括限流电感、箝位电容及限流电阻）对变频器安全运行的影响。通过分析三电平结构的开关暂态过程，建立了变频器暂态开关数学模型，并设计了直流环节部分的限流电抗。在综合考虑三电平的开关过程、直流限流电感的大小及IGCT过压能力的基础上，研究了直流箝位电容对变频器逆变侧持续性直流电压的影响，并推导了直流箝位电容及限流电阻的设计要求。基于PDPWM调制方式，分析了限流电阻对死区时间、最小脉宽及开关频率对开通及关断di/dt的影响，并基于IGCT5SHX14H4502文中设计了6kV、2.5MW二极管箝位型三电平中压变频器直流环节，并通过了6kV高压试验的检验，仿真结果验证了所选参数的有效性。     

采用IGCT电压型三电平逆变器的高压变频调速器

摘要： 集成门极换向型晶闸管(IGCT)的优良性能使其适合于实现高-高方式的高压变频调速装置。文中提出了基于IGCT中点箝位电压型三电平逆变器的高压变频调速装置主电路，并给出了一台6 kV/1 800 kVA高压变频调速装置的实现。装置交流输入侧采用变压器隔离的24脉冲整流电路来保证输入侧功率因数大于0.96，中间直流环节直流电压为10 kV，逆变部分采用中点箝位(NPC)电压型三电平逆变器输出三相6 kV线电压，每只开关器件由2只4.5 kV IGCT器件串联构成。逆变器采用变频的特定谐波消除脉宽调制(SHE-PWM)，且输出侧采用LC滤波器来减小输出电压的谐波畸变率及dv/dt。装置采用IGCT作为电子开关进行输出过电流保护。装置实验表明，这种高压变频器具有很好的性能及可靠性。     

带有故障自诊断系统的大功率IGCT-PWM变频器的研究

本文提出一种大功率IGCT－PWM变频器,它以新型功能器件IGCT作为逆变开关元件,采用80C196MC单片机生成电压空间矢量调制的PWM信号,并带有完善的故障自诊断系统,文中详细分析了大功率集成门极换向晶闸管IGCT的基本工作原理和采用的新技术,PWM信号的空间矢量调制算法以及故障自诊断系统的结构和原理,该变频器功能强大,非常适合于工业大功率场合应用。     

集成门极换向晶闸管开关特性

新型开关器件集成门极换向晶闸管(IGCT)由于其优越的性能在中高压大功率多电平变流器系统中逐渐得到广泛应用.在电力电子仿真软件PSIM中实现的一种适用于高压大功率变流仿真的IGCT功能模型的基础上,建立了IGCT单管实验的仿真模型,分析了IGCT开关特性,特别是该电路中各种杂散参数和缓冲吸收电路中各元件参数对IGCT关断过程的影响,为实际的基于IGCT器件的大功率多电平变流器系统的结构设计和控制提供了重要的理论根据和指导.     

基于混合七电平电压型逆变器的新型6kV变频器

提出了一种基于混合七电平电压型逆变器的6kV变频器。混合七电平逆变器由1个采用10CT的三相中点箝位三电平逆变器和3个采用IGBT的H桥逆变器串联而成，可充分利用IGCT高压大容量及IGBT高速的特点。PWM控制采用基于参考电压分解的多电平直接PWM算法。数字化实现容易。采用了改进的死区效应补偿方法以获得理想的输出波形。研制了1台基于混合七电平逆变器的交流380V变频调速实验样机。实验结果为新型6kV变频器工业装置的研制打下了基础。     

新型混合型限流断路器在直流电力系统中的限流特性研究

针对直流电力系统高di/dt短路电流难以分断的问题,开展了基于高速斥力开关的混合型限流断路器在直流电力系统中的应用研究.对限流断路器的工作原理、参数设计以及高速斥力开关的动作特性进行了分析,采用EMTP仿真分析了限流断路器在不同短路电流上升率下的限流特性.仿真结果表明限流断路器可将预期100 kA、时间常数5 ms的直...     

三电平PWM整流器的研究

在大功率应用中,由于在达到相同性能情况下,两电平较三电平整流器开关频率高一倍,散热困难,对IGBT管的耐压要求较高,因此研究了一种中点箝位型三电平PWM整流器。通过对这种拓扑结构与双三电平变频器系统的研究,提出了基于电网电压虚拟磁链定向的SVPWM控制策略。通过仿真和实验研究结果表明,中点箝位型三电平整流器可以很好地稳定直流母线电压,提高整流器的功率因数,并对电流谐波进行抑制。     

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。     

混合箝位式三电平整流器控制策略研究

针对高压、大功率混合箝位式三电平脉宽调制(PWM)整流器,分析了其功率开关器件控制规则并建立了数学模型,提出基于参考电压分解的三电平优化空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法和电网电压定向直接电流控制策略,实现了混合箝位式三电平整流器的高动态性能控制。通过分析64种电压空间矢量对整流器直流侧中点电位的影响特性,首次提出混合箝位式三电平整流器冗余"七段式"空间矢量组合选择策略,实现了直流侧中点电位的自平衡控制。实验结果表明所提出的控制策略实用、可行。     

多电平变换器拓扑结构和控制方法研究

多电平变换器作为一种应用于高压大功率变换场合的新型变换器，其电路拓朴结构和PWM控制方法是当前的一个研究热点。基于电平箝位方式对多电平变换电路进行了分类，比较了“二极管或电容箝位”和“使用独立直流电源箝位”两类典型多电平电路拓扑结构的优缺点，并将现有的多电平PWM控制方法根据其优缺点进行了比较，指出了其适用范围。     

功率器件集成门极换流晶闸管关断特性研究

为深入研究IGCT的关断特性，该文基于实验结果，建立了IGCT关断过程中，流过IGCT电流的波形的数学模型，在此基础上进而提出用微分方程研究电路中IGCT关断特性的方法。为验证该方法的有效性，以建立的IGCT关断过程电流波形数学模型为基础。该文建立基于斩波电路的IGCT关断暂态特性的数学模型。该模型充分考虑IGCT阻容吸收回路、线路杂散电感及限流电抗器对IGCT关断暂态过电压的影响。数值仿真及试验结果表明，该模型能够较好地反映IGCT关断过程中的暂态特性。     

Destruction-Free Parameter Extraction for a Physics-Based Circuit Simulator IGCT Model

This paper presents a practical destruction-free parameter-extraction methodology for a new physics-based circuit simulator buffer-layer integrated gate-commutated thyristor (IGCT) model. Most key parameters needed for this model can be extracted by one simple clamped inductive-load switching experiment. To validate this extraction method, a clamped inductive-load switching experiment was performed, and corresponding simulations were carried out by employing the IGCT model with parameters extracted through the presented methodology. Good agreement has been obtained between the experimental data and simulation results     

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。     

直驱式VSCF风电系统直流侧Crowbar电路的仿真分析

为提高直驱式变速恒频风电系统的故障穿越能力,采用直流侧过压保护（crowbar）电路,使电网电压跌落时风力机能够保持正常运行,故障消除后系统快速恢复至额定输出。基于对几种常用直流侧crowbar方案的分析比较,选择卸荷负载作为crowbar电路,对网侧变换器和卸荷负载的控制原理及其配合进行了详细说明,对采用和不采用crowbar电路时变换器的跌落特性进行了仿真分析和对比。仿真结果显示采用卸荷负载控制简单,容易实现与网侧变换器的配合,可有效增强直驱式风电系统的低电压穿越能力。     

Design and Implementation of Direct Power Control System for Brushless DC Generator in Standalone DC Applications

This paper investigates the design and implementation of direct power control (DPC) strategy for brushless DC (BLDC) generators. Since in conventional BLDC generator systems, electrical power is transferred to the DC-link through uncontrolled diode rectifiers, a great deal of energy may be lost. Moreover, in some applications where the shaft speed of the prime mover is variable, a constant DC-link voltage is essential in spite of the variations of speed and electrical load. To overcome these shortcomings, in this study, through the six-switch power converter, the output power of BLDC generator is controlled via DPC strategy for regulation or tracking of desired DC-link voltage or reference power. Special features of the proposed strategy are: ease of implementation, low cost, and fast response. The proposed control theory is verified by simulations and experiments in various scenarios.     

Short circuit fault analysis in a grid connected DFIG based wind energy system with active crowbar protection circuit for ridethrough capability and power quality improvement

In power industry, improvement of the short circuit Fault-ride through (FRT) capability of grid integrated Doubly Fed Induction Generators (DFIGs) for the wind power system is an important issue. In this paper an Active Crowbar Protection (ACB_P) system is proposed to enhance the Fault-ride through (FRT) capability of DFIG so as to improve the power quality of the system. The protection scheme proposed here is designed with a capacitor in series with the resistor unlike the conventional Crowbar (CB) having only resistors. The importance of ACB_P is to maintain the connection of DFIG with the grid during fault conditions to provide uninterruptable power supply to the loads. The major functions of the capacitor in the protection circuit are to eliminate the ripples generated in the rotor current and to protect the converters as well as the DC-link capacitor. The main objectives of the proposed approach are: minimisation of magnitude of rotor fault currents, maintenance of constant DC-link voltage, reduction in crowbar operation time to avoid disconnection between the DFIG and the Rotor side converter (RSC), improvement in the short circuit response of terminal voltage and enhancement in the dynamic responses of the DFIG. These objectives are achieved through the incorporation of ACB_P scheme between the rotor of the DFIG and RSC. The proposed scheme is validated on different types of fault conditions and it is observed that there is significant improvement in the objectives. Simulation results are carried out on a 1.7 MVA DFIG based WECS under different types of short circuit faults in MATLAB/Simulation and functionality of the proposed scheme is verified.     

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。