考虑热学特性的高压IGBT模块暂态模型

为准确描述高压柔性直流输电技术中绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块中IGBT与二极管的开关暂态、热学特性及其关系,提出了一种考虑热学特性的高压IGBT模块暂态模型。该模型包括IGBT模块暂态模型和热学特性模块,采用机理推导、电气等效等方法,无需提取器件底层参数和求解复杂半导体方程,大大减少了计算量。在PSCAD/EMTDC仿真平台搭建模型测试电路与SABER通用模型,与实验测量结果进行对比分析,以验证模型有效性。结果表明,所提出的模型不仅可以实现电路仿真中IGBT模块的各种运行状态,还可以在小步长下模拟其电压电流尖峰、拖尾电流、Miller平台、二极管反向恢复等开关暂态特性,并考虑了温度损耗等对器件参数的影响。因此,该模型可用于柔性直流输电系统仿真、电磁干扰和损耗分析及控制策略等方面的研究。     

二极管箝位式三电平VSC损耗分析

用二次多项式表征特定温度下IGBT和二极管的通态压降、开关损耗与电流的非线性关系,方法简单且准确度高.通过分析二极管箝位式三电平电压源换流器的工作机理,依据电压、电流关系分析确定开关器件的导通规律和导通占空比.采用多项式方法拟合IGBT器件手册提供的特性曲线,建立多项式损耗模型,给出了一种基于曲线拟合理论计算损耗的方法...     

基于电压电流特性曲线的MMC子模块IGBT通态损耗在线计算方法

模块化多电平换流器(modular multilevel converter, MMC)中绝缘栅双极型晶体管(insulated-gate bipolar transistor, IGBT)多运行于高压条件,需采用大量程传感器对集射极电压进行测量,但会产生较大测量误差,制约了通态损耗的准确计算。因此,针对MMC子模块中IGBT提出了一种基于电压电流特性曲线的通态损耗在线计算方法。首先,基于IGBT及二极管特性曲线参数实现了通态压降、集电极电流及结温之间关系模型的二维及三维拟合。其次,对单位电流周期内器件投切模式进行分析,实现通态损耗表达。此外,基于电热比拟相关理论,构建IGBT等效热网络模型。然后,综合考虑器件电流、导通信号及壳温等信息对结温进行反馈修正,进一步形成了IGBT通态损耗在线计算方法。最后,通过实验验证了所提方法的有效性。     

电压源换流器型直流输电换流器损耗分析

电压源换流器型直流输电(voltage source converter based HVDC,VSC-HVDC)应用于大容量功率传输的主要障碍之一是其相对较高的换流器损耗。因而,换流器损耗的准确计算对系统设计、器件参数及冷却装置的选择非常重要。通过分析换流器IGBT器件的开关特性,同时考虑结温、死区效应的影响,提出一种基于曲线拟合理论的通用换流器损耗计算方法。该方法能够有效利用厂家提供的器件特性参数,适合于实际工程应用。在此基础上,分析了正弦脉宽和最小开关PWM两种调制方式下的换流器损耗特性,建立了基于PSCAD/EMTDC的通用的损耗计算模块。     

电压源换流器中IGBT串联动态均压新方法

由动态电压不均衡引起的器件击穿致使串联失败是串联的关键问题。传统无源缓冲电路是以牺牲绝缘栅双极晶体管(IGBT)快速性换取电压均衡,IGBT损耗大。建立功率端与驱动端反馈的新型剩余电流动作保护器(RCD)动态均压电路替代传统无源缓冲电路,对电路的均压效果和串联IGBT开关损耗进行仿真分析。试验验证了该动态均压电路在IGBT串联运行时能很好地抑制其驱动信号不同步造成的动态电压不均衡,确保了电压源换流器的安全运行。     

大功率IGBT串联电压不平衡机制研究

随着电力电子技术及其应用的快速发展,高压大功率换流器的应用越来越多。大功率绝缘栅双极晶体管（insulationgatebipolartransistor,IGBT1串联是实现高压大功率自换相换流器的一个重要基础。大功率串联IGBT运行中,最难解决的是串联IGBT之间的电压不平衡问题。为推进高压大功率换流器的研究,对大功率串联IGBT中器件间的电压不平衡机制进行了系统的研究。根据IGBT阀在串联运行时的主要静态、动态过程,结合IGBT自身的特性,得出了影响产生串联IGBT电压不平衡的各个因素,并对各个元件间的电压不平衡度进行分析,为进行串联IGBT电压平衡化的控制打下基础。     

考虑寄生振荡的IGBT分段暂态模型对电磁干扰预测的影响分析

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)开关过程的di/dt和du/dt是影响换流器电磁干扰(EMI)水平的主要因素.IGBT的寄生振荡是高频EMI的重要组成部分,振荡频点处会出现EMI峰值.该文提出一种考虑寄生振荡的IGBT分段暂态模型,分析回路寄生参数和器件非线性电容对开关特性的影响,分别计算不同阶段的电流和电压变化率.搭建二极管钳位感性负载测试平台,获取IGBT的电流和电压波形,分析对比分段模型和实际波形的频谱特性.最后,通过实验验证了模型中的振荡过程是影响电流频谱特性的关键,且采用器件电容Cgc的三段等效模型可以显著提高电压频谱预测的准确度.该文提出的模型提高了IGBT干扰源频谱的预测准确度,可用于评估实际换流器发射的EMI水平.     

一种新型大功率ZVZCS三电平DC-DC变换器

三电平直流变换器因其主开关器件电压应力仅为Vin/2且具有拓扑结构简单和软开关特性好等优点,受到工业界和学术界的广泛关注。基于IGBT的零电压零电流开关ZVZCS(zero-voltage zero-current switching)三电平DC-DC变换器是大功率高压直流变换的主流方案,具有通流能力强、软开关负载范围宽和原边通态损耗低等优点。但目前ZVZCS三电平直流变换器仍存在原边电流复位困难和整流二极管电压应力高等问题,限制了该类变换器在大功率场合的应用。提出一种新型ZVZCS飞跨电容型不对称PWM半桥三电平DC-DC变换器,采用电压可变电流复位电路,在保证主开关器件宽负载范围实现软开关的同时不增加副边整流二极管的电压应力,且复位电路中的MOSETs全负载范围ZVS(zero-voltage switching)关断和ZCS(zero-current switching)开通。此外,该电路在飞跨电容两端串联一个双向开关,防止原边电流复位后反向,该双向开关在全负载范围可实现ZVS关断和ZCS开通,因此增加的损耗可以忽略。讨论了电路的结构、工作原理和特性,设计了一台6.5 kW实验样...     

基于有源电压控制法和无源缓冲法的IGBT串联均压技术

单个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)由于耐压的限制,在节能和改善电网电能质量、柔性直流输电、高压变频器、静止同步补偿器,以及有源电力滤波器等高压大功率电能变换场合还不能满足需求,而串联使用是一种较好的解决方案,但IGBT的串联使用需要解决一系列综合问题。文中结合有源电压控制(AVC)和无源电阻电容二极管(RCD)均压技术,从栅极驱动模块、参考电压波形、过流保护模块、无源缓冲电路参数计算等方面系统地描述了串联IGBT均压的综合解决方案。在此基础上研制了由4只IGBT模块串联组成的阀臂,并进行了脉冲试验,脉冲放电过程中阀臂中的每只IGBT均压稳定,电压过冲小于5%。在此基础上研制了一套3kV,600kVA的三相电压源换流器(VSC)样机,稳定地进行了额定功率的整流与逆变运行,验证了该IGBT模块直接串联技术的有效性与实用性。     

SVPWM策略下VSC-HVDC换流器损耗计算

在分析两电平电压源换流器型高压直流输电(VCS-HVDC)结构的基础上,采用空间矢量脉宽调制(SVPWM)作为其调制策略,探讨了换流器损耗计算模型。由于SVPWM原理基于电压而非电流,故直接计算SVPWM扇区中的电流比较困难。为计算换流器损耗,提出根据逆变器输出电流、电压的正、负组合状态,将工频周期划分为4个区域来计算通态损耗,并结合厂商提供的数据资料,采用曲线拟合理论计算开关损耗的方法。最后通过负载实验,对比计算、实验结果,验证了该方法的正确性。这为换流器设计及器件选型提供了较大参考价值。     

间接电流控制三相交—直变流器的系统分析与设计

性能完备的交-直变流器需要提供良好的功率因数,以及很低的电流谐波,同时要求能量回馈电网。PWM控制方式下的电压型变流器具有上述优点,在PAC(幅相控制)方式下的电压源变流器的综合研究,并给出实现的方案及试验结果。     

Active shunt current shaping scheme for multiple paralleled DC–DC converters

A new shunt current shaping scheme for multiple paralleled dc–dc converters is proposed in this paper. The current command for the shunt current shaper is indirectly obtained by forcing the source current to follow the demanded sinusoidal signal. The amplitude of the demanded sinusoidal source current that is in‐phase with the source voltage can be determined from the sensed load currents of the post‐stage dc–dc converters. Neither high‐order filters nor time‐consuming computations are required. The shunt current shaper supplies all the harmonics and the out‐of‐phase fundamental of the distorted input current and the power source only supplies the in‐phase fundamental component. Experimental results on a prototype system verify the feasibility of the presented scheme. The implemented shunt current shaper demonstrates an efficiency of 92% and a nearly unity power factor at the utility side. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.     

A three‐vector‐based direct power control strategy for three‐phase voltage source PWM converters

For traditional direct power control strategy, there exist high steady‐state power ripples and large current harmonics. To solve this problem, this work proposes a novel three‐vector‐based direct power control strategy for three‐phase voltage source pulse‐width‐modulated (PWM) converters. Different from traditional predictive direct power control strategy, an improved vector table is presented and three voltage vectors are selected, which considers the impact of voltage vectors on the active and reactive power simultaneously. The performance of the three‐phase voltage source PWM converters with the proposed control strategy is investigated and compared with the predictive deadbeat direct power control strategy. Furthermore, the three‐phase voltage source PWM converters have also been tested in the condition of different loads and when voltage unbalance occurs. Simulation and experimental work are conducted. The results conclude that the proposed strategy is of simple structure and fast dynamic response. Besides, it can effectively reduce steady‐state power ripples and current harmonics, improving the performance of the three‐phase PWM converters. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.     

双电源备用供电型通用潮流控制器

传统的UPFC中的潮流控制和有功功率补偿只是在同一线路上的电源和负载之间进行,因而其潮流控制能力和有功功率补偿的额度有限,不能实现不间断供电。为解决这一缺陷,提出了一种双电源备用供电型通用潮流控制器,该系统由4个共用一条直流母线的变换器构成。在介绍了其数学模型并分析了其主要功能后,详细讨论了其控制策略。MATLAB/SIMULINK环境下仿真研究的结果表明:双电源备用供电型通用潮流控制器能有效提高电力系统的供电可靠性,可实现不间断供电,且能够实现有功功率在不同电源和负载之间的相互补偿。     

无刷直流电机驱动用IGBT逆变器能耗分析

为了预测电机系统的性能和提高设计的可靠性.根据无刷直流电机(BLDCM)的PWM调制原理和IGBT的损耗机理.采用损耗分离法提出了BLDCM驱动用IGBT逆变器的功耗计算模型.逆变器的通态损耗是与IGBT正向通态压降、电机电流和开关占空比有关的函数,而其开关损耗足开关器件的肝关时间、电机电流、逆变器的供电电压以及调制频率的函数.对提出的损耗模型进行了仿真计算和实验验证,仿真计算结果与实验结果具有较好的一致性.     

IGBT串联均衡控制方法及其高压直流装备应用可行性研究

大功率电力电子技术一般通过器件或模块串联实现高电压耐受,在常规高压直流和早期柔性直流输电换流器中,采用了晶闸管或IGBT直接串联技术。而基于模块级联的换流器技术因具备高扩展能力,成为目前柔性直流输电主流路线,同样也应用于高压直流断路器等设备中。首先,对IGBT器件直接串联的技术进行探讨;然后,分析串联IGBT开关组件在柔性直流输电、高压直流断路器等场合应用的方式,提出对应的设计方案;最后,对设计方案进行分析计算。研究结果表明,在现有的基于级联模块的高压直流断路器设备中,通过采用IGBT直接串联组件,可以有效地降低其体积和成本,但对于柔性直流换流器,该方案没有显著的提升效果。     

Si IGBT/SiC MOSFET混合器件及其应用研究

综述了Si IGBT/SiC MOSFET混合器件在门极优化控制策略、集成驱动设计、热电耦合损耗模型、芯片尺寸配比优化和混合功率模块研制等方面的最新研究成果与进展。Si IGBT/SiC MOSFET混合器件结合了SiC MOSFET的高开关频率、低开关损耗特性和Si IGBT的大载流能力和低成本优势,已有文献的最新研究和实验结果验证了该类器件的优异特性,表明其对高性能电力电子器件实现更高电流容量、更高开关频率和较低成本具有重要意义,是高性能变换器应用中非常有潜力的功率器件类型。     

H桥级联多电平变流器的直流母线电压平衡控制策略

H桥级联多电平变流器是一个非线性、多变量、强耦合系统,其中单个功率模块的直流母线电压平衡问题严重影响该类型装置的输出性能,并限制其应用范围。对变流器与系统之间的功率交换模型进行详细的数学推导,得出可以通过控制变流器负序电流、零序电压或负序电压的方式达到控制单相直流电压平衡的控制规律。结合全局平均直流电压控制策略和单模块直流电压控制策略,提出基于正负序电流分离解耦控制的通用三级直流母线电压控制方法,解决了H桥级联多电平变流器的直流母线电压平衡问题,并提高了装置的输出性能。仿真和实验验证了所提直流电压控制策略的有效性和可行性。     

一种适用于高压大功率的新型混合二极管钳位级联多电平变换器

该文在研究传统的级联多电平、传统混合级联多电平以及二级管钳位级联多电平变换器的基础上提出了一种新型的混合二极管钳位级联多电平变换器，这种新型变换器是将具有不同直流母线电压的多个二极管钳位多电平变换器进行级联，输出电压是将这些变换器的输出电压进行矢量相加而合成的。通常，开关速度较快的器件(如IGBT)的耐压值和耐压值较高的器件(如GTO)的开关速度都是有局限性的，新型变换器包含高压模块和低压模块，这使得IGBT和GTO协同工作在一起成为可能。本文对三相拓扑结构进行仿真分析，从仿真结果可以看出，新型变换器可以输出更高的电压，并且输出电压和电流的波形质量也将有进一步改善。     

自适应IGBT串联均压电路设计

单个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)由于耐压的限制,在节能和改善电网电能质量、柔性直流输电、高压变频器、静止同步补偿器,以及有源滤波器等高压大功率电能变换场合还不能满足需求,而串联使用是一种较好的解决方案。文中提出了一种适用于串联IGBT的自适应动态均压方案,详细分析了其工作原理,并通过仿真和实际电路对其进行了验证。在此基础上研制了一套由4组5只IGBT直接串联桥臂组成的全桥逆变演示系统,串联回路中的每只耐压1 200V的IGBT稳定工作在900V,其电压利用效率达到了75%,具有较高的实用价值。