6.5kV高压全SiC功率MOSFET模块研制

该文报道6.5kV、25A及100A两款全碳化硅(silicon carbide,SiC)功率金属场效应晶体管(metal oxide field-effect transistor,MOSFET)模块制备及测试结果。两款模块所采用的6.5kV SiC MOSFET及SiC肖特基二极管芯片均采用自主研制的高压SiC芯片,充分显示了在SiC材料外延、器件制备及模块封装领域国产化方面的巨大进展。该文报道6.5kV、25A和100A两款模块动静态性能表征结果,并与国际研究报道水平做对比分析。室温下,两款模块导通能力分别大于25A和100A;栅源短接,在漏极电压6.5kV时,模块漏电流分别为2.0μA和8.77μA。对6.5kV、25A模块动态参数、开关波形进行测试,以表征单管芯MOSFET动态性能特性。在工作电压3.6kV、导通电流25A下,对模块进行动态测试,结果表明,SiC MOSFET具有快速的开关特性,其中开通时间(开通损耗)和关断时间(关断损耗)分别为140ns(12.3m J)和84ns(1.31m J)。测试结果表明,研制的全SiC模块具有优越的动静态性能,相对传统硅6.5kV...     

采用GTO逆变器的±20 Mvar STATCOM

介绍了河南省电力局与清华大学联合研制的±20 Mvar静止补偿器(STATCOM)。该装置采用4重共48只GTO的电压型逆变器以消除输出电压中12 k±1（k=1,2,3…）次以外的谐波,GTO单管容量为4.5 kV/4 kA。设计了一种新型的GTO过电流保护、GTO关断过电压吸收电路及直流过电压抑制方法。控制器采用双机热备用结构,其采样、控制计算及脉冲发生器均采用基于32位数字信号处理器TMS320C31的高速数字控制方式。该装置已于1999年4月投入现场试运行,结果证实了文中所给出的各种设计方法的正确性及可行性。     

可控电流源型换流器换流应力分析EI北大核心CSCD

可控关断的电流源型换流器(current source converter,CSC)是解决直流输电换相失败问题的有效方法之一。对其开展电气应力分析是换流器电气、绝缘和试验设计的理论基础,其相关研究仍属空白。该文在分析CSC运行原理和调制方法的基础上,首先研究在主动换相与强迫换相过程中,换流阀及关键部件的应力特性;其次,给出逆阻集成门极换流晶闸管(reverse blocking integrated gate commutated thyristor,RB-IGCT)周期关断的建模方法,提取4500V/3000A器件的建模参数。最后,建立“器件–换流阀–系统”详细仿真模型,对250kV/750MW的直流系统进行仿真分析,提取主动和强迫换流过程中的整机和关键部件的应力特性。结果表明,所提理论分析方法和参数计算能够为CSC的电气设计和等效试验提供技术支撑。     

基于GTO的±20 Mvar STATCOM的现场运行及改进

随着电力系统规模的不断扩大，电力系统无功问题及动态电压稳定问题日益突出，高压大容量新型静止无功发生器（STATCOM）是解决上述问题的强有力手段。文中简单介绍了中国首台±20 Mvar STATCOM工业样机的基本原理，重点描述了±20 Mvar STATCOM的现场运行情况，根据现场记录的数据给出了装置的运行率、计划停运率及强迫停运率。对装置在现场运行中出现的问题及故障的原因进行了分析，并提出了改进措施。±20 Mvar STATCOM的现场长期运行，为大容量STATCOM的进一步完善及工业化提供了宝贵的经验，有重要的参考价值。     

10kV高压断路器电气试验机器人接线装置研究北大核心CSCD

采用机器人技术进行10 kV高压断路器电气试验可克服人工试验存在的问题,有效提高试验效率和质量水平。文中研究了电气试验机器人接线装置(含接线插头和线仓)关键技术,针对最为复杂的回路电阻测试项目,研究并设计了一种集电压与电流接触于一体的弹片式新型接线插头,使得机器人一次接线即可完成回路电阻测试;根据机器人负载能力,研究了插头接触弹片与断路器断口梅花触头触指的接触压力与接触电阻关系,设计了接线插头接触弹片,满足接触电阻的要求。研究并设计了由接线插头定位基座和平面涡簧收放线装置构成的线仓机构,既能保证机器人反复可靠抓取接线插头又能保证测试线缆收放顺畅。仿真计算和实测结果均表明,采用所设计的接线插头一次接线即可完成回路电阻测试,且与断路器断口梅花触头的接触电阻引起的接触温升小于标准温升;所设计的线仓能保证机器人准确抓取接线插头运动顺畅而未出现卡顿。文中的研究为实现机器人在10 kV断路器电气试验的应用提供了技术支持。     

基于IGCT-Plus和中频隔离的大容量直流变压器EI北大核心CSCD

具有万伏级以上电压隔离和兆瓦级以上直流能量变换能力的大容量直流变压器(high-power dc transformer,HDCT),是实现高/中/低压直流系统互联、构建直流电网的核心基础装备。文中提出基于IGCT-Plus器件和中频隔离的HDCT技术方案,给出IGCT-HDCT拓扑结构,分析换流特性,提出实现软开通和准软关断的换流方法,可大幅降低开关损耗。在此基础上,对功率器件和变压器损耗进行系统分析,针对基于中频隔离的高压大容量直流变压器,提出的IGCT方案相比,Si C和IGBT方案具有更低的损耗。文中给出MW级IGCT-HDCT功率模块的设计方法,研制工程样机,并对子模块的大电流关断和大功率运行状态进行系统性的测试,验证IGCT-HDCT方案的正确性和有效性。     

基于逆阻IGCT的可控关断电流源型高压直流换流器电气应力和损耗特性分析EI北大核心CSCD

逆阻型集成门极换流晶闸管(reverse blocking integrated gate-commutated thyristor,RB-IGCT)的出现,为可控关断的电流源型换流器(current source converter,CSC)的研究奠定了基础。为了推动器件在高压直流输电领域的应用,文中首先介绍最新研制的4500V/3000A逆阻IGCT的技术参数;其次,介绍CSC拓扑方案,提出子模块缓冲电路,能够实现器件的动态均压和IGCT取能的要求;接着,以换流阀电压和电阻损耗最低为约束条件,给出子模块串联数、缓冲电路参数设计和损耗分析等综合优化方法;然后,搭建250kV/750MW的LCC-CSC混合输电系统模型,给出缓冲电路和主要杂散参数的范围;最后,基于研制的4500V/3000A的逆阻IGCT子模块,验证所提缓冲电路的有效性,并对比分析在该参数下CSC、传统直流和柔性直流的损耗情况。结果表明,由逆阻IGCT串联构成的CSC,相对于传统直流换流阀具有可控关断的技术优势,相对于柔直换流阀,具有器件少、损耗低等优势。     

10 kV高压大功率变频器研制与测试

介绍东方凯奇公司10 kV变频器的相关技术特点和采用的先进工艺方法,给出实际测试的波形和谐波分析结果,并介绍该电压等级变频器的应用范围.图10     

耦合地线在10kV架空线路中的应用研究北大核心CSCD

10 kV架空线路雷击跳闸率高,适用的防雷措施少。相比于架空地线,加装耦合地线的方法具有更好的适用性。文中分析了耦合地线在10 kV架空线路中的防雷机理、安装方式和适用性,认为在现有杆塔和线型条件下应仅加装1根耦合地线。利用ATP-EMTP分别搭建了单回三角形排列和双回直线排列方式的模型,分析了在直击雷和感应雷的作用下,耦合地线对10 kV架空裸导线和绝缘导线耐雷水平的影响。结果表明,对于裸导线,安装耦合地线后的反击耐雷水平和感应雷耐雷水平可提高36.2%~86.3%,雷击导线的耐雷水平可提高4%~13.6%。对于绝缘导线,反击耐雷水平和感应雷耐雷水平可提高44.7%~112.7%,雷击导线的耐雷水平可提高7%~13.6%。还发现杆塔接地电阻越高,感应雷和雷击横担时耦合地线对线路耐雷水平的提升效果越明显。安装耦合地线具有适应性好、效果明显和免维护的特点,是10 kV架空线路可供使用的重要防雷措施。     

直流输电用大功率逆阻型IGCT器件关键技术研究EI北大核心CSCD

受限于大功率可关断器件的发展,高压直流输电用可控关断的电流源型换流器(current source converter,CSC)一直未取得实质性进展。该文首先介绍基于换流器级联的CSC拓扑方案,搭建250kV/750kW的直流输电仿真系统,提取逆阻型集成门极换流晶闸管(revere blocking integrated gate commutation thyristor,RB-IGCT)器件应用于直流输电系统所应满足的技术要求;其次,分析低通态压降、损耗优化和高du/dt和di/dt的RB-IGCT器件关键设计方法。最后,对研制的4500V/3000ARB-IGCT关键核心参数进行实验验证。研究结果表明,所研制的RB-IGCT器件可以满足CSC的要求,是构建CSC的可行路线。     

GTO控制阻尼电阻脉冲投入的铁磁谐振控制

变电站内母线电压互感器(TV)的二次侧通常装设有自动投切的阻尼消谐装置以消除投切空载母线引发的铁磁谐振。但受限于小阻值投入利于消谐、大阻值切除利于扰动控制的阻值选择矛盾,此类消谐装置可能因为投入阻值过大而无法消除谐振,或投入阻值过小而在自切除时引发二次谐振。针对上述传统消谐装置的弊端,提出了利用门极可关断晶闸管(GTO)控制小阻值电阻脉冲投入,通过投入占空比逐步减小至零逐步实现阻尼自切除的消谐方案。首先,通过数值仿真拟定了可在较广泛系统参数区间内实现有效消谐的阻值1.5?。然后,对比不同阻尼投入占空比减小方案,设计了不引起二次谐振的占空比减小方案"微步退出策略";谐波平衡分析证明了该方案的可行性,同时亦表明母线对地电容和断路器均压电容过小可能导致占空比减小至零即阻尼设备切除后铁磁谐振的自激。针对上述自激现象,进一步提出了并联二次电容的改善措施。仿真结果证明脉冲阻尼附加二次电容可保证谐振得到有效消除并实现阻尼设备的顺利退出。     

模块级联多端口混合式直流断路器研究EI北大核心CSCD

高压直流断路器是解决多端及直流电网故障快速隔离的有效方式,近年来发展迅速,国际上完成了多种技术路线样机开发与工程应用。混合式高压直流断路器是当前主流技术路线,因采用大量全控器件,利用率低、成本较高,制约了其在直流电网中规模化应用。该文针对直流电网中多直流出线应用场景,基于模块级联技术提出一种多端口混合式直流断路器拓扑,阐述其在典型系统故障工况下动作原理,完成核心部件电气应力数值分析与设计,仿真研究所提方案在四端直流电网应用性能,完成与现有技术对比分析,论证所提出多端口组合开断方法可行性与实用性,为高压直流断路器技术经济性能提升提供解决方法,推动高压直流断路器在直流电网中更为广泛应用。     

10 kV配电网基波无功负序综合补偿装置的研制

依据三相不平衡负荷的补偿原理 ,研制出一种采用晶闸管控制电抗器 (TCR)和晶闸管投切电容器 (TSC)的静止无功补偿装置。晶闸管阀采用并联电阻均压 ,采用串联电感均流。该装置的控制器以无功功率为判据 ,通过改变电容器组的投切组数和相控电抗器的等效电纳来实现对无功功率的动态补偿。     

10kV高压开关柜的检修维护要点分析

从检修维护内容及要点分析10kV 高压开关柜的日常检修维护。     

氮化镓功率器件/模块封装技术研究进展EI北大核心CSCD

氮化镓(Ga N)作为典型的宽禁带半导体材料,具有高耐温、高耐击穿电压以及高电子迁移速率的优势,封装技术对于充分发挥Ga N的以上优势并保障工作可靠性十分关键。文中首先对比分析Si基、Si C基和Ga N基器件/模块封装的异同,随后从封装杂散电感、封装散热设计和封装连接可靠性3个方面,分别介绍其带来的问题以及解决方案,讨论目前研究可能存在的不足。基于综述分析,最后提出未来Ga N功率器件/模块封装技术亟待解决的问题以及研究展望。     

500kV交流输电线路绝缘子并联间隙电弧运动特性EI北大核心CSCD

绝缘子并联间隙是输电线路雷电防护的有效手段之一。文章对500kV线路所用并联间隙的设计参数及其对电弧运动的影响进行了全面的研究。建立了绝缘子并联间隙的电弧运动仿真模型,通过仿真计算,研究了上下并联间隙的罩入比、罩入深度、尺寸以及短路电流对并联间隙间电弧运动情况的影响,详细分析了电弧所受的间隙磁场力、同侧导线磁场力和异侧导线磁场力的特征。仿真结果表明,上间隙电极的弯折角度不应过大,采用上下罩入深度比例2:1的设计,保证起弧点远离绝缘子,同时还防止了电弧上弧根在上间隙弯折处向绝缘子方向运动,绝缘子裸露空气部分85%。推荐并联间隙上下导体水平布置且端部距离绝缘子水平距离为700mm/700mm宽度的设计尺寸。     

10kV带电紧固针瓶工器具的研制

据统计宁夏地区10kV线路约80%地处空旷山野,由于地区性风季气候时间长,导线振动致使直线杆瓷瓶松动及螺帽脱落发生率达98%,严重影响10kV输电线路的安全运行,而要处理此类缺陷通常需要停电处理,不仅给工、农业生产造成了损失,还影响供电企业的经济效益。因此,研发10kV带电紧固针瓶工器具很有必要。     

±1100kV特高压直流分层接入方式下改进附加功率协调控制策略EI北大核心CSCD

±1100 kV特高压直流输电工程受端将采用分层接入方式,高、低端换流器分别接入500 kV和1000 kV层级电网。为解决常规控制策略无法独立控制逆变侧换流器输送功率的问题,提出了改进附加功率协调控制策略,通过在直流系统两侧加入附加控制器,实现对两侧传输功率更加灵活的控制。同时,为保证对功率进行紧急提升时,将功率提升指令合理分配给同级串联高、低端换流器,定义了功率分配系数,提出功率分配策略,实现对逆变侧各换流器提升功率的协调控制。通过仿真验证了改进附加功率协调控制策略在系统正常运行、受端功率指令下降、交流母线电压上升等工况下,能够实现对逆变侧换流器输送功率的灵活控制。功率分配策略在功率紧急提升时,能够将同极提升的直流功率在串联换流器中进行合理分配,有利于充分利用各换流器的功率输送能力,保证各换流器熄弧角留有较大的裕度,减少换流器发生换相失败的概率。     

电缆测试车高压冲击信号发生装置的研制EI北大核心CSCD

传统的高压(HV)冲击信号发生装置放电能量低、结构分散,限制了电缆故障探测能力和系统可靠性。为此,研制了一种用于电缆测试车的高冲击能量、一体化高压冲击信号发生装置。采用组合电容容量转换和输出电压联动控制电路与开关,提高了装置的放电能量和一体化水平;采用由牵引电磁铁和连杆组件构成的专用放电开关,以控制可调高压冲击信号放电;采用放电方式控制电路,实现了装置单次手动放电和自动周期放电功能;此外,还提出了一种高压设备接地保护检测方法,可保护测试人员和设备的安全。结果表明,该装置一体化程度高,最大放电电压为-32 k V,最大冲击放电能量可达2 560 J,满足现场使用要求。     

可关断器件阀运行试验的等效性及稳态试验方法EI北大核心CSCD

对可关断器件阀运行试验等效性进行研究,研究内容包括试验方法、方法的实现和试验等效性的分析3部分,其中试验方法包括试验对象的确定、阀应力分析及应力数学模型的建立、试验要求和试验内容的研究和等效试验方法的研究。以基于由IGBT组成的模块化多电平换流器(modular multi-level converters,MMC)阀的柔性直流输电装置稳态运行试验为例,对MMC阀的稳态运行试验方法、试验电路和试验等效性分析等内容进行研究,验证了等效试验方法的正确性。