基于Ansys的低电感叠层母排设计

针对功率开关关断过电压和EMI危害,本文从减小回路杂散电感出发,阐述了叠层母排在功率变换器中应用优势及数学模型。然后,基于电磁场理论,提出回路面积最小化无感母排设计原则,并进行H桥逆变器叠层母排结构设计。最后,Ansys有限元仿真结果表明了设计方法的合理性。     

基于谐振原理的三电平叠层母排杂散电感测试方法

提出了一种基于LC谐振原理的三电平叠层母排杂散电感的测试方法.在测试电路中加入谐振电容,根据换流过程中叠层母排的杂散电感与已知谐振电流产生的谐振频率,精确测量出谐振频率,由已知的谐振电容数值推导出叠层母排的杂散电感.试验表明,该方法对于三电平叠层母排杂散电感的测量精度高,对于中高压三电平电力电子拓扑的过电压保护具有重要的指导意义.     

模块化多电平柔性直流输电换流器子模块过电压保护

以模块化多电平柔性直流换流器为研究对象,分析子模块过电压特点,研究子模块在运行中的瞬态过电压和暂态过电压问题。子模块瞬态过电压包括绝缘栅双极型晶体管（IGBT）关断过电压和二极管反向恢复过电压：针对子模块IGBT关断过电压,提出一种两电平关断技术抑制关断电压尖峰;针对子模块二极管在旁路开关动作时反向恢复过电压,提出一种抑制二极管反向恢复过电压的旁路方法。文中同时分析了系统故障造成的暂态过电压,提出一种带耗能回路的子模块拓扑,以提高换流器故障穿越能力,并可有效减少子模块级联数量。针对模块化多电平换流器在不同故障工况下的过电压问题,提出了多级过电压保护相互配合的控制逻辑策略,并提出一种冗余供电方案,解决了模块化多电平换流器启动过程中的黑模块过电压问题,提高了系统运行可靠性。最后,给出实验和仿真波形验证了瞬态、暂态过电压理论分析的正确性和保护方案的有效性。     

5L-ANPC逆变器中器件过电压分析及抑制

针对光伏发电系统中的五电平中点有源钳位型逆变器进行研究,分析并抑制了三类引起低压器件过电压的问题。首先,通过引入吸收电容,抑制换流回路过长引起的高关断应力;其次,优化动作时序抑制前级高压器件切换引起的低压器件过电压;然后,设计特殊的关机模式抑制传统驱动全封锁关机造成的过电压问题。最后,在60kW的实验样机上验证了电压应力抑制方法的有效性。     

开关磁阻电机功率变换器IGBT关断电压尖峰的分析与抑制

本文针对开关磁阻电机（SRM）功率变换器中的IGBT在关断时出现的尖峰电压进行了分析,就如何抑制IGBT关断尖峰电压提出了解决方法,并分别从减小主电路杂散电感和减小IGBT关断时电流的变化率两个方面出发,在结构上使用多组电解电容和叠层母排,以便减小换流回路,从而减小杂散电感。在驱动方面使用有源嵌位技术,减小IGBT关断时的电流变化率。     

二极管钳位型三电平变换器开关损耗分析

在优化多电平变换器系统性能时必须建立变换器开关损耗模型.通过一些特征参数来表征器件的开关波形,并根据开关波形产生的内在机理分别拟合逼近三电平变换器中快恢复二极管和IGBT的真实开关波形.另外,在分析二极管钳位型三电平变换器半导体器件开通、关断机理的基础上,建立了此类变换器的开关损耗计算模型.实验验证了二极管钳位型三电平变换器的器件开关模型和开关损耗模型的正确性和有效性.     

背靠背功率模块中IGBT的关断过电压抑制

IGBT的关断过电压一直是变流器设计中备受关注的重要课题.本文对IGBT关断过电压的产生原因及吸收电路抑制方法进行了分析,在背靠背变流器系统开发中采用了一些有效抑制IGBT关断过电压的措施,并通过双脉冲试验进行了测试验证.结果表明,本系统中通过加吸收电容有效抑制了IGBT的关断过电压,能够满足应用于该背靠背变流器安全运行的需求.     

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。     

高压大容量变换器中母排的优化设计

母排的分布电感是影响高压大容量变换器中半导体器件可靠运行的重要因素.以一台基于集成门极换流晶闸管的三电平变换器中的母排为研究对象,采用部分元等效电路法建立母排模型,提出一种低感低影响母排布局和分配的设计方法,并将该方法用于实际系统中.提出一种新的母排结构,其仿真结果与原有结构的实验、仿真结果对比表明,采用本文所提出的母排设计方法,可有效地减小母排的分布电感及其对开关器件电压应力的影响.     

一种新颖的ZVZCS-PWM三电平变换器研究

由于三电平变换器的主开关管电压应力为输入电压的50%,因而该变换器在高电压输入场合获得了广泛的应用.三电平变换器采用移相控制可实现超前桥臂的零电压开通,但与通常的移相桥式变换器一样,其滞后桥臂较难实现软开关.针对这一问题,提出了一种利用变压器次级辅助电路实现滞后桥臂零电流关断的零电压零电流开关脉宽调制(Zero-Voltage and Zero-Current-Switching Pulse Width Modulation,简称ZVZCS-PWM)半桥式三电平变换器,该变换器在宽负载范围内实现了滞后桥臂的零电流软开关(Zero-Current-Switching,简称ZCS-PWM),解决了难以实现滞后管软开关的难题.详细分析了该变换器工作原理及超前桥臂和滞后桥臂软开关的工作条件,在此基础上设计并制作了一台实验样机,得出令人满意的实验结果.     

三电平ZCS充电结构的工作特性研究

本文探讨了将三电平变换器应用于充电电源的可能性,从其工作原理入手分析了其工作特性、指出了其存在的优势并给出了三电平ZCS充电结构的参数设计依据。另外,还针对储能电容的取值进行了论述,指出储能电容的取值对重复精度的影响。最后通过设计若干组仿真实验进行了验证,得出TL变换器可以用于改善充电电源某些方面的性能指标的结论。     

75kVA三电平背靠背变流器的散热分析及优化

以75kVA三电平背靠背变流器为对象,先对包括功率母线在内的热源进行分析计算,而后给出了系统的等效热阻网络,并根据热阻网络为变流器设计了基于强迫风冷的散热系统。接着在建立该变流器三维几何模型的基础上用计算流体动力学有限元软件对其进行模拟仿真,分析了母线功耗、器件功耗和风机风量对变流器内热分布的影响规律,并提出了通过配置进风口开孔率和活动挡风板改进散热的措施。最后结合变流器实验装置,利用红外测温仪对带载稳定运行的变流器测试,进行实验验证。实验结果和仿真结果的对比表明,所设计的散热系统可以满足变流器的散热要求,同时各半导体器件散热均匀。所提出的散热设计方法和优化措施,对其他变流器的散热设计有一定的借鉴意义。     

基于VSC-HVDC的线路过电压抑制策略研究

在电力系统发生大停电事故后的恢复过程中,控制启动方案中的重要因素即充电空载长线路时的工频过电压与合闸空载长线路时的操作过电压,分析了电压源换流器直流输电(VSC-HVDC)技术用于联网的优势,及由空载长线路电容效应引起的工频过电压与合闸空载线路引起的操作过电压的形成机理;提出利用联网的VSC-HVDC抑制空载长线路工频过电压与操作过电压的概念以及相应的过电压控制策略与系统并建立了联网的VSC-HVDC启动空载线路的数学模型。PSCAD/EMTDC仿真结果表明,VSC-HVDC能够有效抑制空载线路的工频过电压与操作过电压。     

基于双变压器的复合式谐振三电平零电流开关变换器

针对分布式光伏发电接入中压直流配电网的应用场合,提出了一种基于双变压器的复合式谐振三电平变换器。新型变换器是在传统中性点钳位型三电平电路的基础上,通过添加一个辅助电路实现了基础三电平电路的固定占空比运行,变换器工作于电流断续模式。其中,基础三电平电路传输大部分功率,而辅助电路采用脉宽调制方式,可以实现基础三电平电路在全负载范围内的零电流开关,从而显著降低变换器的开关损耗。重点讨论了辅助变压器变比和谐振电容对开关管电流、谐振电压峰值、谐振电感值大小的影响,提出了相应的参数设计指导原则。最后,制作了一套300～1 500 V/2 kW原理样机对所提变换器的性能进行了验证。     

基于双钳位变流器的直驱式风力发电系统控制方法研究

为了抑制永磁直驱风力发电系统中变流器中点电位波动及IGBT关断过电压,引入了双钳位三电平变流器结构,分别提出了整流和逆变状态下双钳位三电平变流器中点电位和钳位电容电压平衡控制方法。推导出了双钳位三电平整流器和永磁同步电机数学模型,给出了双钳位机侧变流器和网侧变流器控制方法。最后,采用MATLAB搭建了系统仿真模型,并基于模拟风电系统进行了实验,结果均证实了研究内容的正确性。     

受端混联LCC-VSC特高压直流输电系统故障穿越方法

针对受端由电网换相换流器（LCC）和电压源换流器（VSC）级联的混合直流输电系统中VSC在交流故障穿越时子模块过压的问题,文中提出在受端VSC直流侧安装耗能设备以抑制VSC子模块过压的方法,对比分析了基于直流斩波耗能电阻、泄流晶闸管和可控避雷器3种耗能设备的交流故障穿越原理及策略。基于PSCAD/EMTDC仿真平台搭建了包含工程实际控制保护主机程序的受端混联LCC-VSC特高压直流仿真模型,对比分析了3种耗能设备的交流系统故障穿越特性,结果表明在受端VSC直流侧安装耗能设备可以有效抑制子模块过压,实现交流故障可靠穿越。其中可控避雷器方案具有控制原理简单、可靠性高等优点,更适用于受端混联LCC-VSC特高压直流输电系统。     

低感设计对变流器电容纹波电流影响分析与优化

在大功率变流器产品的设计应用过程中,因母排杂散电感的不匹配导致变流器模块支撑电容纹波电流有效值偏大,电容长期工作在超额状态以致损坏。针对上述问题,根据变流器模块不同母排结构建立相对应的数学模型,分析了支撑电容电流偏大的根本原因。通过试验的方法测量提取不同母排结构的杂散电感以指导后续母排的设计。根据理论分析提出了通过优化母排设计、改善控制算法来减小母线支撑电容纹波电流。最后,基于某一变流器平台,通过测量不同试验条件下电容电流纹波,对比分析试验数据以验证所提改进措施的有效性。     

±800kV换流站管母线合成场强特性研究

合成场强特性研究对于换流站管母线的选型和布置具有重要意义.在Deutsch假设基础上,建立换流站管母线表面场强和地面合成场强的计算模型,提出了±800 kV换流站合成场强特性的控制指标,对不同型号换流站管母线的电晕特性和合成场强进行了计算,得到了管母线起晕的高度范围和不同高度下地面最大合成场强的计算值,通过对结果的分析,给出了换流站管母线安装高度要求和选型建议.     

大功率风电变流器中的母排设计

针对风电变流器功率密度大、工作环境恶劣、满负荷运行时间长、功率波动大等特点,本文提出了大功率风电变流器直流侧母排设计原则及其结构设计要点。主要内容包括:减小母排电感、减小功率器件受力、母排防护等。最后对实际设计案例进行了剖析,进一步验证本文的主要观点。     

含高比例分布式电源的直流配电系统故障恢复过电压机理及其抑制

针对直流配电系统故障恢复过程中出现的过电压问题,本文研究了该过电压的产生机理及其抑制方法。首先介绍了典型直流配电系统的拓扑结构,给出两种核心换流装备(两电平VSC和DC/DC换流器)在双极短接故障下的电流及电压故障特征。基于故障点隔离后的健全区系统等效电路,研究了故障恢复过电压机理及影响因素,揭示了故障存续期间各换流器电压跌落速度不一致是导致故障恢复过电压的根本原因。在此基础上,以保障换流器电压跌落速度相同和直流断路器开断容量为约束,提出各换流器出口限流参数匹配设计原则,同时兼顾限制故障电流和抑制故障恢复过电压效果。最后在PSCAD/EMTDC进行了仿真验证。