基于空间布局和杂散电感优化的直流断路器并联IGBT动态均流法

作     者：温伟杰 靳鹤志 范晶涵 杨赫 李斌 WEN Weijie;JIN Hezhi;FAN Jinghan;YANG He;LI Bin

作者机构：天津大学电气自动化与信息工程学院天津市300072 国网天津市电力有限公司天津市300010 

出 版 物：《电力系统自动化》 (Automation of Electric Power Systems)

年 卷 期：2024年第48卷第15期

页      面：131-140页

核心收录：

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：国家电网公司科技项目(5108-202218280A-2-370-XG) 国家自然科学基金资助项目(52277120) 

主　　题：混合式直流断路器 绝缘栅双极型晶体管 缓冲电路 均流 过电压抑制 暂态换流 电磁耦合 

摘      要：与压接式绝缘栅双极型晶体管(IGBT)相比,模块式IGBT具有成本低、不需要单独压装结构、安装方便、故障后呈开路等特点,是750 V/1500 V混合式直流断路器中的核心元件。然而,受限于单个模块式IGBT器件的标称开断能力,多个模块式IGBT的并联均流技术是实现10 kA级直流开断的关键。文中从理论上分析了IGBT器件、缓冲电路和快速真空开关的空间排布位置对换流速度、动态均流、关断过电压等性能的影响。分析表明,从减少换流难度角度考虑,快速真空开关应与IGBT就近并联;从降低关断过电压角度考虑,各并联IGBT应采用分布式缓冲电路结构。进一步,考虑空间磁场耦合作用,建立了并联IGBT的动态开断电路模型,分析了并联IGBT动态开断性能的影响因素,发现增大子模块支路杂散电感、降低避雷器残压可有效提高并联IGBT的动态均流性能;子模块间负耦合电感可有效抑制IGBT关断过电压。最后,为兼顾换流速度、动态均流、关断过电压抑制等,提出了缓冲电路、IGBT、快速真空开关就近并联构成子模块,子模块再经电感并联的混合式直流断路器拓扑方案,并进行了仿真验证和1.5 kV/3 kA试验验证。