具有直流故障穿越能力的模块化多电平换流拓扑推演与对比

直流故障具有影响范围广、故障电流大的特征,已成为制约直流系统发展的重要因素之一。模块化多电平换流器可通过配置双极性子模块实现直流故障穿越,但相比于基于半桥子模块的拓扑,其建造成本与运行损耗均大幅增加。为寻求兼顾硬件成本、运行效率与直流故障穿越能力的模块化多电平换流拓扑,首先通过拓扑抽象定义与模块配置约束,遍历并推导出4大类共13种模块化多电平换流拓扑;进而优选出T型桥臂交替多电平换流器,并提出桥臂移相导通调制,实现其高效功率变换与直流故障穿越的兼顾;最后,计及硬件成本、运行损耗、可靠性与可实现性等维度,对各类具有直流故障穿越能力的拓扑进行了系统性对比,为具有故障穿越能力需求的交直流变换场景提供模块化多电平换流拓扑的选择依据。     

压力梯度法定位管道泄漏点的数值模拟

受管道的自然寿命和人为因素等的影响,管道泄漏事故频繁发生,及时发现管道泄漏和确定泄漏点位置对减少损失、维护管道安全运行显得十分重要。针对成品油管道泄漏,利用CFD仿真模拟软件模拟了管道压力的变化。若管道始末端的压力发生改变,则说明管道的某处已发生泄漏,此时可根据管道始末端的压力梯度变化,利用压力梯度法最终确定泄漏点的位置。     

SiC MOSFET短路失效与退化机理研究综述及展望

SiC MOSFET可以大幅提升变流器的效率和功率密度,在高频、高温、高压等领域有较好的应用前景。但是,由于其短路耐受时间短、特性退化现象严重以及失效机理模糊等因素,致使SiC MOSFET的普及应用受到了限制。因此,探究SiC MOSFET短路失效与特性退化的机理,可以为SiC MOSFET器件的应用及其保护电路的设计提供指导,具有重要的研究价值。该文首先归纳SiC MOSFET的短路故障类型,并针对其中一种典型的短路故障进行详细的特性分析。在此基础上,论述SiC MOSFET单次短路故障后存在的两种典型失效模式,综述其在两种失效模式下的失效机理以及影响因素。其次,对SiC MOSFET经历重复短路应力后器件特性退化机理的研究现状进行系统的总结。最后指出当前SiC MOSFET短路失效与特性退化的研究难点,展望SiC MOSFET短路特性研究的发展趋势。     

基于傅里叶级数解析热扩散角的功率模块热阻抗物理模型

绝缘栅双极型晶体管功率模块失效主要由温度因素诱发。为提高功率模块可靠性,RC热阻抗模型被提出用于实时预测芯片结温。随着功率密度的提高,模块横向扩散愈发明显,多芯片热耦合效应愈加突出,导致传统RC模型会引入较大误差。文中针对RC模型精准度不足进行改进,揭示热扩散角取决于热流密度的物理内涵,结合多层封装结构下的傅里叶级数解析热流模型,建立一维RC热网络与三维热流物理场的本质联系,构造计及多芯片热路耦合的扩散角热网络,较为准确地描述多芯片结温动态特性,揭示热扩散与热耦合效应对芯片温度场形成的规律。与其他传统热扩散角模型相比,所提出方法的结温计算结果准确度最高。最后以型号SEMi X603GB12E4p模块为例,针对提出的物理模型进行验证,仿真与实验结果均表明,该模型能够表征不同工况条件下功率模块的热过程,验证了所提建模方法的有效性与准确性,误差小于4%,且验证了所提模型较不计及热耦合模型精度提高了16.72%。     

单向有源桥(SAB)DC-DC变换器典型拓扑研究

本文对单向有源桥(SAB)DC-DC变换器典型拓扑进行了详细的介绍,并对其在连续导通模式(CCM)和非连续导通模式(DCM)下的工作特性进行了分析。在此基础上提出了一种基于PI控制器的输出电压控制方法,相关分析和结论最后通过仿真的手段得到验证。     

电流瞬时值控制的逆变器并联系统

对采用最大电流控制法、平均电流控制法、3C电流控制法和加权电流控制法等电流瞬时值均流控制的逆变器并联系统进行统一建模,提出了一种统一的小信号模型.利用该模型,可以很方便地分析系统在电路参数一致和不一致情况下的均流环稳定性问题.对多台并联系统的阻抗匹配特性问题进行了研究和探讨,讨论了均流环控制参数和并联逆变器台数对并联系统均流性能的影响.通过对两台220 V输出、单台最大输出功率为1 kW的逆变器并联系统进行实验,验证了理论分析的正确性.
     

1.2MV·A混合钳位五电平变流模块的结构布局优化和叠层母排设计

多电平技术是高压大功率变流器的主要解决方案之一,由于电容电压平衡及母排设计等技术问题的限制,三电平以上的二极管钳位型NPC多电平系统在工业中应用较少。为了促进具有电容电压自平衡能力的混合钳位五电平拓扑的大功率工业应用,针对混合钳位五电平电路三相1.2MV·A应用要求,进行了单相变流模块的结构布局和叠层母排设计。首先研究了该拓扑冲击电流产生的根本原因及抑制方法,提出冲击电流抑制对于结构布局的要求;其次,结合冲击电流抑制及NPC四电平电路对称性特点,对混合钳位五电平拓扑大功率应用的结构布局方式进行了工程设计;最后,在该布局方式下结合NPC四电平拓扑的换流特点,通过Ansoft Q3D软件进行了叠层母排的连接设计。最终研制出单相400k W变流模块,测试结果表明其符合设计要求。     

实现全功率范围能量压缩的电流源谐振型等离子体驱动源

针对大气压介质阻挡放电材料表面处理应用,提出一种电流源谐振型等离子体驱动源。通过构建并-串联结构的谐振网络,在全功率范围内实现单周期能量传输时间的压缩,从而提高各个功率下的表面处理效果,并推导出一种判断能量压缩状态在全功率范围内稳定性的方法。然后,通过在逆变器上增加旁路辅助电容,建立电流旁路通路,从而实现开关管的零电压开关,保证了电源高效运行,并推导出辅助电容的选取原则。最后,搭建了一台350W电流源谐振型电源样机,实验结果验证了理论分析的正确性,表明电流源并-串联谐振型等离子体驱动源是一种适合于表面处理应用的有效方案。     

气液相等离子体放电水处理反应器及苯酚降解分析

气液相等离子体放电技术在有机废水处理方面具备了特定的优势。为此,提出了一种双水电极气液相低温等离子体水处理反应器结构,对其放电机理及特性进行了分析。并在此基础上设计了一台输出电压峰值4.8kV、输出电流峰值100 mA的高压电源样机,利用双水电极放电反应器对苯酚溶液进行处理。在一定的实验条件下,苯酚溶液的化学需氧量(COD)去除率达到65%。实验结果表明:双水电极等离子体放电污水处理系统能快速去除有机废水中COD。     

配电网电力电子装备的互联与网络化技术

电力电子技术在电力系统中有着极为广泛的应用。近年来,电力电子技术在配电系统中获得迅猛发展,其主要功能从传统的电能质量调节、可再生能源接入和用户侧的节能用电等,扩展到配电网的电能双向、甚至多向流动控制以及复杂的电能调控管理。因此,电力电子装备传统的独立工作模式已经无法满足越来越复杂的配电网的需要,亟需将相互独立的电力电子设备互联起来以实现整体协调和控制,从而真正做到能量和信息集成的一体化网络。这种发展趋势既给电力电子技术本身带来新的挑战,又为配电网带来新的变革,并促进直流配电网的发展。该文综述了配电网中电力电子设备网络化的重要性及其概念,讨论了电力电子装备的发展方向,并从功率和通信两个层面探讨了电力电子网络化所需的关键技术。同时,介绍了基于电力电子变换器的直流配电网的特点、可能的组成架构以及相关的技术问题。