多功率器件模块热耦合效应下热阻网络模型研究

在使用IGBT等功率器件模块的电能变换装置中,通常需要利用热阻网络来预测功率器件的温度或者构建电能变换装置的电热仿真模型来进行动态电热联合仿真。多功率器件工作时,各个热源互相影响,需要考虑热耦合效应。基于线性叠加原理,建立了多功率器件模块热耦合效应下外热阻的热阻矩阵表示方法和外热阻网络模型,并采用有限元热模拟方法进行了仿真。根据仿真结果对热阻矩阵进行了计算。     

分立型功率MOSFET结温估计的非线性热网络模型和参数辨识方法

分立型功率MOSFET是一类重要的电力电子器件,结温估计对于其安全运行具有重要意义。传统结温估计模型将功率器件壳温测量值作为解算的边界条件,对温度传感器安装可靠性要求较高,故当其应用于体积小巧的分立型功率MOSFET时,所得结温估计结果容易因传感器脱落而不可靠。为此,该文提出针对分立型功率MOSFET结温估计的非线性热网络模型。该模型利用较易测量的功率器件环境温度作为边界条件,计及非线性热对流和热辐射作用,有效描述器件与环境之间的换热过程。为克服模型热参数难以获取问题,提出模型参数的辨识方法,证明了辨识目标函数的凸函数特性。利用原对偶内点法,获得参数辨识的全局最优解,有效确定模型热参数。相关实验表明,所提模型能够在壳温测量不可靠时,提高分立型功率MOSFET结温工程估计的可靠性。     

功率器件热网络建模综述*

功率器件结温的准确监测,对其可靠性评估、寿命预测及所处系统的优化运行方面都有至关重要的影响。相较于其他方法,热网络建模法不仅能实现结温的离线预测,而且能在一定程度上实现在线监测,因此具有广泛的应用前景。以传统热网络理论的由来为基础,归纳了近年来热网络的发展状况,梳理了热网络参数的提取方式,重点介绍了瞬态热阻抗法,并通过相应的仿真进行说明。在此基础上概述了热网络在线监测的最新进展,展望了功率器件热网络建模的未来研究方向。     

用于电动汽车功率模块热分析的紧凑型热网络模型

由于恶劣的运行环境,IGBT模块成为电动汽车驱动系统最薄弱的环节。功率模块的失效主要由温度因素引发。为了尽可能准确地预测芯片结温,文中提出一种适用于电动汽车功率模块热分析的紧凑型热网络模型。首先在ANSYS/ICEPAK中搭建包含水冷散热系统的功率模块有限元模型。然后,提出一种考虑上下桥臂热耦合的3D紧凑型热网络模型,并详细地叙述热网络模型参数提取的步骤。最后,3D紧凑型热网络模型的仿真结果与有限元仿真模型高度吻合并且实验结果表明,所提出的热网络模型能够准确预测电动汽车中功率模块的结温。与有限元模型相比,所提出的热网络模型减少仿真时间,适用于功率模块的寿命估计和结温在线计算。     

功率IGBT模块热网络参数提取研究综述

功率IGBT模块热网络参数与IGBT的可靠性密切相关。介绍了Foster热网络和Cauer热网络参数的获取方法。Foster热网络参数通过瞬态热阻抗曲线的指数级拟合得到,根据获得瞬态额阻抗曲线方式的不同,又可以分为直接测温法、有限元法、温敏参数法和双界面瞬态测量法;Cauer热网络参数除了利用瞬态热阻抗曲线拟合方式得到,还可以根据器件的封装结构计算获得。探讨了现阶段热网络参数获取存在的主要问题,指出根据IGBT功率器件在正常运行过程中的相关测量,对热网络参数直接进行在线识别,可减少因热网络参数测量而造成的损失,对于结温的实时估测和寿命预测至关重要。     

基于模型预测控制的电动汽车直流充电桩功率器件开路故障诊断方法

针对电动汽车直流充电桩故障中较为常见的功率器件开路故障,提出了一种基于模型预测控制的电动汽车充电桩实时故障诊断方法。采用模型预测电流控制方法替代传统PWM整流器电流环中的PI控制器。在此基础上,将功率器件开路故障情况下整流器实际应用的开关状态与通过模型预测控制得到的最优开关状态相比较,建立故障特征信号,从而实现充电桩功率器件开路故障诊断与定位。由于不同功率器件故障特征信号之间互不影响,因此该方法对于单管、双管及多管同时故障均有显著效果。仿真结果验证了该充电桩故障诊断方法的正确性和有效性。     

基于小波包的功率测量及其频率灵敏性分析

功率测量和谐波分析是电力系统极其重要的课题,它们通常是基于傅里叶变换法来完成的.本文提出了一种基于小波包变换法实现单相基波有功、无功、视在功率及位移功率因素测量/计算的新方法,并对它们的精确度进行了分析.通过使用MATLAB中的GUI(Graphical user interfaces)针对不同的方法进行了比较仿真和实...     

GaAs MESFET脉冲微波功率器件瞬态热场模型

GaAsMESFET微波功率放大器工作在脉冲周期状态下,由于自热效应,在很短的时间内(100μs数量级),芯片沟道温度可能产生十几度甚至几十度的变化,这种剧烈的温度变化导致功放性能的变化也是不能忽略的。本文通过建立、求解热扩散方程及能量平衡方程,建立起沟道温度的一维瞬态热模型。     

基于电-热耦合模型的IGBT模块结温计算方法

温度循环下的疲劳累计损伤是IGBT模块失效的主要原因,计算IGBT模块的结温对预测其寿命具有重要意义。为了研究IGBT模块工作过程中结温变化情况,首先通过计算IGBT和FWD的功率损耗建立了IGBT模块电模型,然后在分析IGBT模块热传导方式的基础上建立了IGBT模块热模型,进而基于电模型和热模型建立了IGBT模块的电-热耦合模型,最后以三相桥式逆变器为例对IGBT和FWD的结温进行了仿真分析。结果表明,由于IGBT和FWD处于开关状态,两者的结温波形均呈波动形状,且波动均值经过短时间上升后稳定于一恒定值,所以逆变器用IGBT模块开始工作后经短时间的热量积累最终达到热稳定状态;由于IGBT的开关损耗比FWD大,使得IGBT结温受开关频率的影响较大。     

电能质量扰动检测与分类方法的应用策略

近年来,电能质量扰动问题引起越来越多国家电力部门和用户的关注,对其进行正确的检测和分类十分必要。介绍了基于Foufier变换(F11)、小波变换(WT)、小波包变换(WPT)、人工神经网络(ANN)和Hidden Markov模型(HMM)等理论的电能质量扰动检测和分类方法;阐述了电能质量扰动检测和分类的研究现状和方向。对比分析了各种方法之利弊,指出了基于FFT尺度分类法和基于WPT的HMM模型法的分类器优于其他检测和分类方法。     

考虑风力发电随机性的配电网重构

针对含风力发电的配电网系统建立风力发电机和负荷随机模型.采用提出的粒子群引导的最小生成树算法对配电网进行重构,引入随机潮流分析风力发电机随机出力对配电网的影响,并以有功损耗期望值和静态不安全概率评价重构方案的优劣,获得合理的重构方案.该重构算法综合了粒子群优化算法和最小生成树算法的优点,避开了粒子群优化算法在优化过程中产生的大量无效解,引导生成树向目标函数最优方向发展.算例仿真结果表明,文中采用的方法不仅可以降低系统有功损耗,而且有效地解决了风力发电随机性对系统稳定性的影响.     

计及模糊随机性的主动配电网分布式电源规划模型

随着分布式电源（distributed generation,DG）大规模接入,电源规划与网架结构不匹配问题开始引起人们的关注与思考。因此,文章从DG最优配置的角度出发,同时考虑网架结构优化,建立了计及模糊随机性的主动配电网DG规划模型。首先针对DG接入给配电网引入的强不确定问题,提出一种计及DG出力模糊随机性的典型日场景生成方法,提高模型的精度和准确性。然后,分别以DG供应商年收益最大和配电公司年网损费用最低为上、下层的目标函数,构建主动配电网双层DG规划模型。为促进DG的消纳,上层模型还考虑了储能的协调优化过程。最后,基于改进的IEEE-33节点系统,采用GAMS-DICOPT求解器和自适应权重离散粒子群算法对规划模型求解,验证了模型的有效性。算例结果表明,通过DG的合理配置与网架结构优化,能够实现多利益主体的共赢,并促进DG的消纳。     

考虑源荷功率随机性和相关性的主导节点选择与无功分区方法

为保持自动电压控制(AVC)系统的可靠运行,无功分区方案需适应较长时间段内源荷功率的随机变化.为此,提出一种考虑源荷功率随机性和相关性的主导节点选择与无功分区的协调优化方法.模型考虑了源荷功率的随机性和相关性及其变化时无功分区的平衡要求,并提出了考虑分区最大无功需求的场景压缩技术以实现源荷功率典型场景的模拟;采用基于目标相对占优的免疫遗传算法对模型进行求解.以IEEE 39节点系统仿真验证所述方法的有效性,仿真结果表明分区方案可以充分满足源荷功率随机变化下的无功平衡要求.     

考虑风力发电随机性的微电网潮流预测

微电网技术是推动可再生能源开发与利用的有效途径。风力发电是微电网中的重要发电单元,风电的随机性严重影响微电网的运行特性,对微电网潮流的直接预测可以减轻风电随机性对微电网的不利影响。先建立了自适应支持向量机模型,对微电网潮流进行确定性预测,再将马尔科夫链模型和蒙特卡罗模拟方法相结合,对并网和离网2种运行状态下微电网概率潮流进行预测。仿真结果表明,所提方法不仅能够较准确地预测微电网潮流,还能从概率的角度对预测结果所包含的风险进行评估。所得结论为进一步分析和优化系统运行提供了理论依据。     

考虑负荷与分布式电源随机性的配电网无功优化*

考虑负荷与分布式电源(DG)的随机性,在满足配电网运行约束条件以及补偿器动作次数约束条件下,提出配电网日整体收益最大,综合考虑分布式电源投资和维护费用以及补偿器投入费用的无功优化模型。用网损降损率变化率作为补偿器动作的"动作阀",同时针对遗传算法(GA)在寻优过程中寻优速度慢的缺点,用精英保留策略遗传算法(ESGA)求解含DG配电网无功优化问题。IEEE33节点配电系统算例仿真结果表明所提方法能有效解降低网络损耗,实现配电网动态无功优化。     

计及随机模糊双重不确定性的源网荷协同规划模型

为应对电源与电网规划建设脱节导致的"弃风"等问题,文中提出一种将电源电网协同规划的模型。同时,鉴于需求侧在电力供需平衡中的潜力,将电力需求侧的能效电厂也纳入电力规划统筹考虑,提出了源网荷协同规划的概念与模型。另外,针对风电等新能源发电给电力系统带来的不确定性,从随机性和模糊性两个角度予以分析和建模,并在源网荷协同规划模型中计及双重不确定性。最后,通过IEEE 30节点系统的算例应用,表明该模型能够有效协调电源与电网的规划建设方案以及能效电厂项目的开展,实现系统总成本最小化,并可合理确定风电机组建设规模,保障资源优化利用。     

计及焊层疲劳影响的风电变流器IGBT模块热分析及改进热网络模型

针对不同疲劳寿命时期对风电变流器绝缘栅双极型晶闸管(IGBT)模块结温的影响,分析焊层在不同脱落度下的IGBT模块热阻变化规律,并建立考虑热阻变化的改进热网络模型。首先,依据风电机组变流器IGBT模块的结构和材料属性,建立三维有限元热-结构耦合分析模型,对基板焊层和芯片焊层在不同脱落度下IGBT模块结温和热应力的分布规律进行仿真分析。其次,确定不同焊层脱落度下其热阻增量值,并建立IGBT模块改进热网络模型。最后,将三维有限元模型和改进热网络模型的结温计算结果进行对比分析,验证了所提的改进热网络模型的有效性。     

考虑分布式电源随机性的配电网最大供电能力

随着分布式电源（distributed generation, DG）越来越广泛地应用,逐渐接入到配电网中,对配电网影响举足轻重,而目前配电网最大供电能力（load supplying capability, LSC）的计算方法均未计及DG接入带来的随机性影响。针对这一问题,首先建立LSC求解模型,在蒙特卡罗模拟的概率潮流计算中考虑DG随机性,利用改进的负荷倍数法和计及电压与支路功率约束的LSC逼近法来计算配电网最大供电能力;然后通过配电网IEEE-33算例验证该模型和算法的有效性,模拟多种情景下LSC的变化,仿真结果表明DG接入配电网可提升网络静态安全裕度,且DG随机性出力影响LSC的分布特征;最后分析制约LSC提升的薄弱环节,并建议在节点电压较低处增加调压装置或无功自动补偿装置。     

考虑分布式电源随机性的配电网保护方案

分布式电源接入配电网后,配电网原有保护设备的保护范围、选择性、灵敏性、可靠性将受到严重影响,甚至是完全失效。同时,分布式电源运行特性受自然条件（如光照强度、环境温度、风速等多种不可控因素）影响具有随机性,从而导致配电网的故障电流难以预测。针对此问题,文中从多分布式电源接入配电网后的配电网结构和各电源故障电流分布特点出发...     

考虑发电备用容量的输电网规划

在系统中留有一定的发电备用容量是确保电力系统安全可靠运行的重要措施之一。文中建立了考虑发电备用容量的输电网规划模型。该模型以线路投资成本最小为目标,引入任意一台发电机故障时系统的安全性约束以确保该故障下系统的发电备用容量可以被充分利用从而维持系统的安全性;引入网络可用传输能力约束以确保负荷增长时系统的发电备用容量能够有效传输到负荷点从而维持系统的安全性。使用改进的贪婪随机自适应搜索算法求解新模型。6节点、46节点系统算例的计算结果验证了所述方法的正确性和有效性。