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DSTATCOM中IGBT关断过电压的研究与防护

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DSTATCOM中IGBT关断过电压的研究与防护

作者：李佩颖华北电力大学

学位级别：硕士

配电网系统中，存在大量的无功功率和各次谐波，不仅增加了电网损耗，而且威胁到了电网安全运行。配电网静止同步补偿器DSTATCOM，是一种新型的补偿装置，以其快速、精确补偿等优良特性得到了国内外科学研究和工程应用的广泛关注。目前... 详细信息

配电网系统中，存在大量的无功功率和各次谐波，不仅增加了电网损耗，而且威胁到了电网安全运行。配电网静止同步补偿器DSTATCOM，是一种新型的补偿装置，以其快速、精确补偿等优良特性得到了国内外科学研究和工程应用的广泛关注。目前，DSTATCOM中大多选用IGBT作为主电路的功率开关器件。但是由于DSTATCOM多采用PWM控制，功率开关器件的正常工作对DSTATCOM的安全运行起到决定性作用。然而，IGBT开关频率非常高，容易引起开关损耗、过大的冲击电流和冲击电压等问题，这会缩短IGBT的使用寿命，甚至造成IGBT的损坏。因此，为了保证功率管IGBT和DSTATCOM的安全工作，分析研究DSTATCOM中IGBT关断过电压问题并寻求相应防护措施，具有十分重要的意义。首先，本文通过分析三相四线制DSTATCOM中IGBT的控制原理和工作方式，明确了关断过电压的产生机理，是由于主电路中分布电感的存在，当流经IGBT电流迅速变化时，电路中随之产生尖峰电压，速度施加在IGBT上。考虑到电路中分布参数的不可消除性，采用能量转移再释放的思想，结合IGBT常用保护措施和所需研制的三相四线制DSTATCOM的实际情况，确定采取在主电路上加装缓冲电路的方式吸收并抑制关断过电压。接着，根据缓冲电路工作原理和常见拓扑结构，选取三种不同拓扑结构的缓冲电路，并利用能量守恒原理和电路理论计算出各缓冲电路中参数的理论值。利用MATLAB/SIMULINK平台，建立包含缓冲电路的DSTATCOM仿真模型，对加装三种不同拓扑结构的缓冲电路的DSTATCOM进行仿真实验，从对过电压的吸收效果和功耗角度分析对比后选取最合适拓扑结构。针对选定的拓扑结构，从缓冲电路的吸收效果、功耗和体积等方面，在参数的理论计算值基础上，进行分组仿真实验，通过对仿真结果的分析和对比，确定了最终元件参数。最后，成功研制的DSTATCOM装置中应用到本文设计的缓冲电路。通过对DSTATCOM进行动模实验结果，证明了DSTATCOM中IGBT缓冲电路的可行性和正确性。DSTATCOM的良好挂网运行状态也验证了缓冲电路的有效性和实用性。

关键词： DSTATCOM IGBT 关断过电压缓冲电路

高压SVG模块叠排形状对IGBT关断过电压的影响

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自动化应用 2015年第10期 31-31,37页

作者：贵宝华思源清能电气电子有限公司上海201108

介绍SVG模块交流叠排形状对IGBT关断过电压的影响。

关键词： SVG IGBT 叠排双脉冲关断过电压

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晶闸管关断过电压的产生原因及危害

电世界 1995年第9期36卷 42-43页

作者：刘永昌林萍西安航空技术高等专科学校 710077

晶闸管关断过电压,又叫换流(相)过电压,具有短时尖峰的特点。这里来谈谈关断过电压的产生原因、危害及抑制方法,以引起读者在使用品闸管过程中的重视。 1.产生原因 (1)关断过程见图1:当流过晶闸管的正向阳极电流i_a 详细信息

晶闸管关断过电压,又叫换流(相)过电压,具有短时尖峰的特点。这里来谈谈关断过电压的产生原因、危害及抑制方法,以引起读者在使用品闸管过程中的重视。 1.产生原因 (1)关断过程见图1:当流过晶闸管的正向阳极电流i_a

关键词：晶闸管关断过电压过电压

风力发电变流器的IGBT关断过电压抑制研究

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大功率变流技术 2012年第2期 13-15,20页

作者：欧阳柳李华杨光杨涛南车电气技术与材料工程研究院湖南株洲412001

IGBT关断过电压抑制是变流器中一个重要的研究课题。文章对比分析了各种关断过电压抑制方法的优缺点,得出有源箝位是抑制关断过电压最优方式的基本结论,同时设计并试验了一种用于风力发电变流器的带有源箝位功能的栅极驱动器。结果表明... 详细信息

IGBT关断过电压抑制是变流器中一个重要的研究课题。文章对比分析了各种关断过电压抑制方法的优缺点,得出有源箝位是抑制关断过电压最优方式的基本结论,同时设计并试验了一种用于风力发电变流器的带有源箝位功能的栅极驱动器。结果表明,该驱动器可将IGBT的关断过电压限制在一定的范围内,完全满足风电变流器的应用要求。

关键词： IGBT 关断过电压有源箝位瞬变电压抑制二极管全功率变流器

一种用于V形钳位多电平变换器的IGBT吸收电路方案

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电工技术学报 2022年第14期37卷 3608-3619页

作者：薛尧王琛琛杨晓峰李凯郑琼林北京交通大学电气工程学院北京100044

只有公共直流侧电容的V形钳位多电平变换器(VMC)在中压、大功率电能变换的场合具备良好的应用价值。但当VMC电平数较高时,其换流回路电感不可避免地增大,使IGBT开关器件的关断过电压问题凸显。为此,该文提出一种简单的VMC吸收电路方案... 详细信息

只有公共直流侧电容的V形钳位多电平变换器(VMC)在中压、大功率电能变换的场合具备良好的应用价值。但当VMC电平数较高时,其换流回路电感不可避免地增大,使IGBT开关器件的关断过电压问题凸显。为此,该文提出一种简单的VMC吸收电路方案。依据VMC的运行原理,将其开关器件区分为主开关器件和辅助开关器件。主开关器件动作并切换电流通路,在每一对互补的主开关器件两端添加吸收电容(构成类似半桥开关能量缓冲单元),以抑制其关断过电压。而主开关器件相对应的辅助开关器件则先开通、后关断,仅提供静态电压支撑的功能,因此无需吸收电路保护。该文以七电平VMC为例,对所提的吸收电路方案进行了分析和研究。实验结果表明,所提的VMC吸收电路方案能够显著抑制开关器件的关断电压尖峰。并且,该方案仅需少量吸收电容与主开关一起构成类似半桥开关能量缓冲单元的形式即可实现所有开关器件的关断过电压保护,其成本低、可靠性高,具有良好的工程实用性。

关键词： V 形钳位多电平变换器吸收电路 IGBT 关断过电压电压尖峰

混合串联换流阀抑制换相失败的作用原理及动态均压电路参数设计

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中国电机工程学报 2022年第9期42卷 3385-3397页

作者：展瑞琦叶蕴霞夏嘉航赵成勇郭春义新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206

采用全控型电力电子器件改造电网换相换流器高压直流输电技术(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)来抑制换相失败(commutation failure,CF)是目前研究热点,但忽略器件差异性会对拓扑作用原理和器件电气... 详细信息

采用全控型电力电子器件改造电网换相换流器高压直流输电技术(line commutated converter high voltage direct current,LCC-HVDC)来抑制换相失败(commutation failure,CF)是目前研究热点,但忽略器件差异性会对拓扑作用原理和器件电气应力分析产生关键影响,降低了工程应用的参考意义。文中研究一种由晶闸管与可关断管串联构成的混合换流阀(hybrid series converter valve,HSCV),考虑器件特性的差异。设计HSCV的工作状态,分析HSCV的抵御CF的作用原理。对HSCV器件进行合理选型并设计关断时序。分析关断过电压现象,并基于电压电流应力提出可关断管动态均压支路参数的设计原则。SABER和PSCAD/EMTDC仿真结果表明,HSCV能够增大晶闸管恢复正向阻断能力的时间,防止该阀重新导通和倒换相;提出的参数设计原则可以合理设计动态均压支路,有效解决可关断管的过电压问题,满足器件参数要求;相较于LCC-HVDC系统和其他经全控型电力电子器件改造的LCC-HVDC系统,基于HSCV的高压直流输电系统具备更强的CF抑制作用。

关键词：换相失败混合串联换流阀关断过电压应力分析动态均压

混合式直流断路器IGBT关断能力提升技术研究

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高压电器 2020年第5期56卷 24-32页

作者：杨兵王胜利王文杰谢晔源吕玮石巍许元震陈羽南京南瑞继保电气有限公司南京211102 国网新疆电力有限公司乌鲁木齐830063

混合式高压直流断路器主要由快速机械开关和电力电子器件构成,主要依靠快速机械开关承载电流,通过电力电子器件开断和关合电流,为基于MMC柔性直流输电提供直流侧短路保护。但是直流断路器分断电流大,远远高于IGBT常规分断能力。文中根... 详细信息

混合式高压直流断路器主要由快速机械开关和电力电子器件构成,主要依靠快速机械开关承载电流,通过电力电子器件开断和关合电流,为基于MMC柔性直流输电提供直流侧短路保护。但是直流断路器分断电流大,远远高于IGBT常规分断能力。文中根据直流断路器IGBT的特殊工作条件和电气应力,分析影响IGBT关断能力提升的影响因素,分别从降低IGBT导通损耗、关断损耗和抑制IGBT关断过电压等3个方面提升IGBT的可关断电流能力。文中首先仿真不同回路参数对IGBT损耗的影响,通过优化IGBT退饱和能力和关断过程暂态特性,降低关断损耗,最终完成IGBT结温仿真校核。同时通过研究IGBT关断过电压的影响因素,仿真不同回路参数对IGBT过电压的影响,提出抑制IGBT的关断暂态过电压的具体方法。研制50 kV转移支路阀组,搭建试验平台,完成26 kA的大电流开断,IGBT稳态损耗和暂态损耗都得到有效控制,相关技术和研制设备已经应用张北工程±535 kV混合式高压直流断路器项目,具有十分重要的工程意义。

关键词： HVDC 混合型直流断路器压接式IGBT 关断能力提升 RCD缓冲回路关断过电压结温仿真开通损耗关断损耗

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脉冲功率晶闸管反向恢复特性

强激光与粒子束 2016年第11期28卷 133-137页

作者：戴玲田书耘金超亮杨羊雷洋琦林福昌华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室武汉430074

为建立有效的晶闸管模型来仿真晶闸管关断时过电压,减小晶闸管过压损坏的概率,以最大通流150kA、耐压5.2kV的脉冲晶闸管为研究对象,将其前置于脉冲形成单元回路中作为大功率开关使用,记录放电过程中晶闸管两端电压及电流。实验数据表明... 详细信息

为建立有效的晶闸管模型来仿真晶闸管关断时过电压,减小晶闸管过压损坏的概率,以最大通流150kA、耐压5.2kV的脉冲晶闸管为研究对象,将其前置于脉冲形成单元回路中作为大功率开关使用,记录放电过程中晶闸管两端电压及电流。实验数据表明：恢复过程中的电流下降率、反向恢复电荷、反向恢复电流峰值随通态电流峰值的增大而增大,晶闸管关断时间随通态电流峰值的增大而减小。此外,在关断过程中,当电流下降率在-50-1000A/μs时,电流下降率与电流峰值为线性关系。因此,在大脉冲电流条件下,推导反向恢复过程参数与通态电流参数的关系时电流下降率可用与电流峰值的线性关系代替。基于Matlab仿真平台,建立了具有反向恢复过程的脉冲晶闸管模型。该模型仿真得到的晶闸管反向恢复电流峰值与实测结果较为吻合,反向恢复电压尚待进一步修正。

关键词：脉冲功率晶闸管反向恢复特性关断过电压 Matlab 仿真模型

寄生电感对碳化硅MOSFET开关特性的影响

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半导体技术 2017年第3期42卷 194-199,234页

作者：柯俊吉赵志斌魏昌俊徐鹏谢宗奎杨霏华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室北京102206 全球能源互联网研究院北京102211

相比于传统的Si IGBT功率器件而言,碳化硅MOSFET可达到更高的开关频率、更高的工作温度以及更低的功率损耗。然而,快速的暂态过程使开关性能对回路的寄生参数更加敏感。因此,为了评估寄生电感对碳化硅MOSFET开关性能的影响,基于回路电... 详细信息

相比于传统的Si IGBT功率器件而言,碳化硅MOSFET可达到更高的开关频率、更高的工作温度以及更低的功率损耗。然而,快速的暂态过程使开关性能对回路的寄生参数更加敏感。因此,为了评估寄生电感对碳化硅MOSFET开关性能的影响,基于回路电感的概念,将栅极回路寄生电感、功率回路寄生电感以及共源极寄生电感等效成3个集总电感,并且从关断过电压、开通过电流及开关损耗等3个方面,对这3个电感对Si C MOSFET开关性能的影响进行了系统的对比研究。研究表明:共源极寄生电感对开关的影响最大,功率回路寄生电感次之,而栅极回路寄生电感影响最小。最后,基于实验分析结果,为高速开关电路的布局提出了一些值得借鉴的意见。

关键词：碳化硅MOSFET 寄生电感关断过电压开通过电流开关损耗