高压大功率器件应用特性测评现状与挑战

高压大功率器件目前已广泛应用于各类大容量电力换流和控制装备中,在运行过程中面临复杂的电-磁-热-机应力,具有功率密度大、工况态势复杂的特点,开展高压大功率器件的特性测试有利于准确评估功率器件的可靠性,并指导变流器的优化设计。该文紧密围绕基于双脉冲的准在线测试方法,系统综述准在线测试在结温提取、老化表征、运行轨迹刻画、电磁云图分布等方面的应用情况和发展现状,梳理不同特性表征方法的优缺点及适用性,并进一步探讨在线运行工况下功率器件的实时状态监测和寿命评估方法。同时,面向第三代碳化硅半导体器件,深入讨论基于宽禁带材料电致发光原理的测评新方法,为后续高压大功率器件的可靠性评估提供指导和参考。

用于IGBT模块温度观测的3-D降阶混合型热模型

IGBT模块温度在线监测是提高大容量变流器可靠性的关键技术。在IGBT模块在线温度监测方法中,热阻模型法可对IGBT模块内部的温度分布进行估计,因而受到关注。结合了传感器数据的温度观测器可基于热阻模型,实时修正材料老化、参数温度依赖性和功率损耗计算误差等不确定因素对温度估计造成的影响。然而现有热模型无法同时兼顾系统可观性和建模准确性,且阶数相对较高,难以应用于温度观测器的在线运行。因此,该文提出了一种适用于风冷散热多芯片IGBT模块3-D温度观测器,同时满足可观性、准确性和实时性要求的混合型降阶热模型。首先,分析了热阻模型的拓扑结构及其参数辨识的方法,并探究了模型的状态空间生成规律;然后,基于非线性优化算法对该模型的参数进行修正,以减小因计算流体力学(CFD)仿真模型参数与实际参数不一致所引入的热阻模型与实验物理对象间的误差;随后,使用平衡截断法对热阻模型降阶,相对于现有集总参数热阻模型,进一步提高了实时求解效率;最后,通过仿真和实验验证了所提模型的准确性。

模块化多电平中压直流变换器的高可靠自供电架构研究

随着大容量中压直流配电技术的迅速发展,模块化多电平直流变换器受到工业界和学术界的广泛关注。然而,实现高可靠的辅助供电是实现直流变换器在中压直流配电场景中应用的关键技术瓶颈之一。为此,提出一种面向模块化多电平中压直流变换器的高可靠自供电系统架构。该架构实现主控制器、子模块等辅电系统的中压直联馈电,从而无需额外低压直流电源,并且大幅提升系统启动速度。基于此架构设计,模块化多电平直流变换器的子模块控制器和旁路开关辅助供电均实现3倍冗余,提高系统容错运行的能力。在子模块电容预充电阶段,提出一种基于辅助电源自主控制的子模块电容均压方法,保证模块化多电平直流变换器可靠预充电。最终通过实验验证所提辅助供电系统架构的可行性。

基于等效励磁电感的SiC串联器件型中压双有源桥变换器的软开关技术

基于SiC串联器件的双有源桥变换器因具有开关损耗小、功率密度高、能量控制简单等优势,有望成为中压变换场景中实现高频隔离的优选方案。为保证SiC串联器件的可靠均压,各器件上并联大容值缓冲电容,然而该设计使变换器在传输功率较低时难以实现零电压开通,严重影响变换器的整体效率和串联器件的可靠运行。该文通过构建SiC串联器件型中压双有源桥变换器多模态运行模型并深入分析其运行特性,提出一种基于等效励磁电感的无源软开关技术。所提技术可通过优化外接传输电感位置的方式实现中压侧等效励磁电感参数调节,从而在无额外控制前提下实现SiC串联器件的软开关范围扩展。最后,设计了4 kV/1 kV实验样机,实现了100 kW下运行。实验结果显示,所提出的软开关技术能显著地扩展变换器中SiC串联器件的软开关范围,在保证SiC串联器件均压稳定性的同时能够大幅降低变换器在轻载运行时的功耗。

低载波比下基于状态反馈和大林算法的永磁同步电机高性能电流控制策略

受到功率器件开关频率的限制,高速永磁同步电机驱动系统通常需要低载波比运行,此时系统延时相对很大,对电流环设计要求很高。常规在连续域设计的复矢量PI控制器由于离散化实现存在误差,dq轴解耦不完全,而且扰动传递函数包含电机自身低阻尼比极点,使系统抗干扰能力差,尤其是负基波频率附近的扰动。因此,文中提出状态反馈大林控制算法。首先,利用延时环节电压进行反馈来使系统完全解耦;然后,通过输出电流反馈提升系统阻尼来抑制扰动;最后,对解耦且阻尼后的系统设计大林控制器来提升稳定裕度。实验结果表明,相较于复矢量PI控制器,所提出的状态反馈大林控制器dq轴解耦性能好,电流超调小,系统振荡小,且抗扰能力显著提升。

基于能量信息协同调控的LED智能调光技术

针对当前LED照明系统对智能化的迫切需求和对成本的高度敏感,而现有智能化调控方案在成本和可靠性等方面存在不足等问题,提出一种基于电力电子变换器能量信息协同调控的LED智能调光技术。该技术基于电力电子变换器驱动的LED线性调光照明系统,采用四进制差分相移键控(Quaternary differential phase shift keying,QDPSK)对公共直流母线上的开关纹波进行信息调制,从而在不额外增加硬件成本的条件下,实现四进制数字信号的调制、耦合与传输。从通信视角解构了DC/DC变换器的基本工作原理,揭示了LED调光系统中能量信息协同调控的实现方法,并以隧道LED照明系统的智能调光为例,围绕系统结构、通信协议、噪声干扰、通信速率等方面展开了具体分析。最后,搭建试验平台验证了所提方法的可行性。

基于换流–短路双回路解耦的SiC MOSFET功率器件抗短路封装构型设计

由于栅极氧化层可靠性差、短路电流密度大以及短路结温上升速率高,SiC MOSFET功率器件的短路耐受能力较弱,制约着其在电能变换领域的广泛应用。在此背景下,为了提升SiC MOSFET功率器件的短路耐受能力,文中基于换流–短路双回路解耦的思想,设计出具有抗短路能力的SiC MOSFET功率器件封装构型。该构型将半桥中的两个换流回路在功率器件内部解耦,两换流回路的中点各自连接一个交流功率端子(AC+、AC-)。与现有半桥封装构型相比,抗短路构型功率器件的换流电流路径和换流电感Lσ不变,而当发生桥臂直通短路故障时,短路电流因需要额外流经AC+和AC-交流功率端子而延长了短路路径,同时DC功率端子与AC功率端子之间的互感进一步增大了短路回路电感Lsc。基于34mm封装构型设计制造具有抗短路极限工况能力的650V/162A SiC MOSFET功率器件,其短路故障回路电感达到了115nH,是正常换流回路电感的3.6倍;并且,通过短路实验验证所设计的构型相比于现有设计,短路电流峰值降低了20.07%,发热功率降低了21.41%,短路过程中的总发热量降低了30.04%,验证了所设计封装构型具有一定的抗短路性能。

同轴线圈电磁推进出口速度控制方案的仿真研究

为应对电枢出口速度需要进行灵活以及精确调节的场景,提出了一种使用异步式线圈推进器作为主加速装置,同步式线圈推进器在尾部作为调速器进行速度控制的联合调速方案.在ANSYS中建立了将调速器放置于单段异步式线圈推进器出口的二维仿真模型,针对调速器的实体设计,分别对异步式推进器最后一匝线圈与同步调速器线圈间距离和调速器线圈长度进行了仿真分析;使用该模型验证了改变脉冲电源初始电压能够控制调速器调速范围,以及改变开关触发时间能够控制调速器实现需求的电枢速度补偿,进一步给出控制回路的设计方案,为电磁线圈推进尾部电枢速度控制应用奠定了理论基础.

乡村振兴背景下返乡农民工创业能力提升路径研究

分析了返乡农民工创业能力的现状和问题,探讨了乡村振兴战略对返乡农民工创业能力提升的影响和返乡农民工创业能力提升路径,并提出了针对性的政策建议。应通过加强政策扶持、优化市场环境、加强教育培训等措施提升返乡农民工的创业能力,促进农村经济发展和乡村振兴。

高压非穿通P-i-N二极管等离子体抽取渡越振荡集总电路模型及封装抑制方法研究

高压非穿通P-i-N二极管反向恢复阶段产生等离子抽取渡越时间(plasma extraction transit time,PETT)振荡,对功率模块的驱动电路和设备EMC性能造成严重干扰。文中根据二极管PETT振荡阶段载流子运行特征将器件内部分为等离子区、漂移区和无源区3个区域并将各区域等效成电阻、电感和电容等集总电路参数,利用二极管等效电路与外围电路参数构建了PETT振荡集总电路模型。该模型可计算得到振荡阶段回路各阻抗的动态变化,复现PETT振荡失稳–自稳振荡现象。该集总电路模型表明PETT振荡出现根本原因是回路出现负阻,而负阻出现的原因是空穴渡越角位于π~2π之间,基于该模型解析得到回路寄生电感的优化范围,通过优化封装布局的方式可将空穴渡越角移出负阻出现的区间。最后,在模块内部通过优化绑定线布局将回路寄生电感调整至优化范围内,从而避免回路负阻以抑制PETT振荡的出现,实验证明了该封装抑制方法的有效性。

基于大数据的大容量电力电子系统可靠性研究

随着电力电子技术在新能源、高速机车、直流输电等大容量电力变换领域的广泛应用,其可靠性问题成为学术界和工业界的研究热点。基于因果模型的可靠性分析方法虽然在研究早期提供了原理层面的阐述,但在多物理场强耦合的复杂工况中的应用价值较低,而基于数据模型的可靠性研究方法尚处于初级阶段。该文提出将大数据处理技术应用于大容量电力电子系统可靠性研究的新思路,充分借助电力变换装置的海量历史运行数据,引入机器学习、数据挖掘和人工智能等大数据科学的最新理论成果,从数据泛在关系出发开展可靠性研究。论文详细阐述电力电子系统的大数据特征,并总结电力电子系统大数据应用中的若干关键技术。此外,论文从器件–装置–系统等多个层面深入分析大数据处理技术在大容量电力电子系统可靠性研究领域的潜在应用。大数据基本理论和方法的应用将提供一种通过数据关系间接理解原理本质的研究方法论的思维转变,有望为电力电子系统的可靠性研究开辟新途径。

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。

基于IGBT离线测试平台的功率逆变器损耗准在线建模方法

逆变器损耗研究一直是电力电子领域的一个重要研究方向。现有方法大多依赖于器件厂商提供的数据手册,但是这些数据的提取环境为标准测试环境,与实际工况并不一致。本文提出一种基于IGBT离线测试平台的准在线建模方法,用该方法分析与等效逆变器的各种换流模式、调制方法和负载类型,借助离线测试平台模拟逆变器实际工况下的换流模式、驱动情况、缓冲电路以及杂散参数等工况,并调用测试平台建立的开关动态特性多维数据库得到逆变器实际工况下各开关工作点的开关能量损耗,最终计算出功率逆变器的损耗。与实测损耗的对比证明了该准在线建模方法的正确性。该建模方法对散热器的选取、高效率逆变器结构的优化设计具有重要的参考价值。

大功率三电平逆变器开关动态特性在线测试方法研究

大功率逆变器的动态特性在线测试是电力电子逆变器的一个重要研究方向。多电平系统由于元器件多,结构复杂,其开关动态在线测试极为困难,但此工作对于设计、研制高性能逆变器系统,实现状态监测、故障预防,提高逆变器工作的可靠性有着重要的意义。该文研究大功率三电平逆变器开关器件的动态特性在线测试方法,提出多电平逆变器功率开关状态可测性的概念。所提的方法很好地解决了在线测试的几个关键问题,包括:海量数据的传输处理、全状态参数同步检测控制、功率器件开关过程的高速数据采样、系统状态参数的直接和间接的提取和推算等。在750kVA三电平变频调速系统上成功实现了各种负载工况下的实时在线测量。该文所讨论的开关特性在线测试方法和系统可有效扩展到三电平以上的多电平实时在线测试技术中。

电力电子变换的信息特性与电能离散数字化到智能化的信息调控技术

电力电子技术是采用大功率半导体器件和功率无源元件对电能进行变换和控制的技术,是21世纪应用最广泛的技术之一。该文从电能的离散化角度来研究电力电子技术的内涵,进一步讨论了电能的数字化表征方法,提出了电力电子信息调控技术的概念并阐释其物理意义。在此基础上,介绍了现有的电力电子信息调控技术的实现方法以及在电力电子变换系统中的信息交流方式。理论和实际都很好地表明,电力电子变换器自身在对电能实现变换和控制的同时,无需外加硬件,就已具备了信息交流的能力。充分挖掘和应用电力电子技术的这一特性将成为一个重要的研究方向。电力电子信息调控技术不但使电能的离散化、数字化到智能化成为可能,而且将极大促进电力电子学科和信息学科的交叉,推动相关学科的发展。

高功率逆变桥开通缓冲电路能量回馈研究

本文研究高功率、高频逆变桥开通缓冲电路中的能量回馈电路。提出了由无源元件组成的能量回馈的新结构形式，详细分析了电路工作过程，给出了仿真和实验研究波形。所获结论对逆变桥实现无源无损耗统一的缓冲电路具有重要意义。

用PSPICE多瞬态分析法建立新型电力电子器件的模型特性

讨论了在ＰＳＰＩＣＥ中建立电力电子器件模型的特点，提出用多瞬态分析功能获得新型电力半导体器件模型特性的方法。以绝缘栅晶体管（ＩＧＢＴ）为例，将访在结果与实际器件进行了比较。

经济学专业实践教学的几点思考

通过对近几年影响毕业生就业因素的分析,得出其实际能力的培养离不开高校实践教学。结合经济学专业的具体特点,从经济学专业试验、经济计量模型建立、学年论文—毕业论文的有机联系等方面对高校经济学专业实践教学做了深入探讨,为经济学专业实践教学提供了有益的借鉴。

组合功率开关半导体模型及其参数敏感性分析

功率半导体模型是电路和系统仿真的重要部分。本文在回顾一般功率器件模型基础上，详细研究了在通用电路仿真器ＰＳｐｉｃｅ中怎样运用组合模型原理建立任一新的功率半导体模型。作为应用组合模型原理的实例，文中给出了组合绝缘门根晶体管模型、组合门极可关断晶闸管模型和组合ＭＯＳＦＥＴ控制晶闸管模型，并和实际器件进行比较。最后讨论了组合模型的有效性。

多参数双曲线模型预测桩基极限承载力

在双曲线模型的基础上提出了三参数双曲线模型 ,对桩的不完全静载荷试验P