基于IGBT并联技术的大功率智能模块研制

为了满足电动汽车用大功率变换器大电流输出、高功率密度和高性价比的要求,本文对IGBT并联技术进行了仿真和实验研究。在提出实用的半桥IGBT并联测试电路和评价指标的基础上,将三个IGBT半桥并联,设计了一个输出电流可以达到1200A,容量为1.4MW的智能功率模块。试验证明,测试电路和评价指标具有很强的实用性,设计的开关模块也具有很高的性价比。

基于IGBT并联技术的大功率PEBB模块研制

为了扩大电力电子装置的输出容量,可以对IGBT器件或者电力电子线路进行并联。前者在对功率密度、性价比要求较高的环境,如电动汽车、舰船和飞机上更为实用。在回顾前人对绝缘栅双极晶体管(InsulatedGateBipolarTransistorI,GBT)并联技术研究的基础上,解释了正温度系数IGBT适合并联的原因,总结了并联使用时的基本原则,然后提出了并联使用时的通用性评价指标。在此基础上,将电力电子积木(PowerElectronicsBuildingBlock,PEBB)的设计理念应用在IGBT模块并联中,构建了一个输出电流可以达到1.2kA,容量为1.4MW的PEBB模块。试验证明,提出的并联评价指标具有很强的可操作性,设计的PEBB模块也具有很强的实用性和很高的性价比。

三相逆变电源的集成PEBB模块化设计

以250kVA 三相逆变电源装置为例,采用 DSP 全数字控制,从软件和硬件两个方面介绍了模块化的设计方案,初步进行了电力电子集成技术的研究。

串联谐振电容器充电电源特性研究

负载与谐振回路L-C以串联形式输出称为串联谐振变换器,将串联谐振变换器应用到电容器充电技术中,产生了串联谐振电容器充电电源(CCPS)。和普通电容器充电电源相比,串联谐振电容器充电电源具有抗负载短路能力强、体积小、控制简单、可开环控制等优点,在国防科研中得到广泛应用。为了研究串联谐振CCPS电路的工作特性,文章给出了其电路原理图及等效电路,建立了该电路的数学模型。通过数学仿真的方法,给出了谐振电路的特性。实验结果验证了所采用控制方案的正确性和充电系统的有效性。

PFM及PWM方式串联谐振CCPS研究

脉冲频率调制(PFM)及脉宽调制(PWM)方式是串联谐振电容器充电电源(Capacitor Charging Power Supply,简称CCPS)电路的两种工作模式。前者具有较强的抗负载短路能力,可开环控制,是较常使用的充电方式;后者是近年来研究的一大热点。为研究PFM及PWM方式串联谐振CCPS电路的工作过程,给出了其电路原理图及各阶段的等效电路,建立了该电路的数学模型。通过ORCAD仿真和数学仿真的方法,给出了输出电压变化情况下谐振电路的工作状态,并给出了该电路主要波形。实验结果验证了所采用控制方案的正确性和充电系统的有效性。

基于PSpice的晶闸管电热模型研究

建立了一种新型的晶闸管PSpice电热模型,包含热模型和电模型,能提供发热和电气参数之间的动态关系,预测晶闸管结温的变化。该模型中所需要的热阻抗参数可以通过有限元方法得到,电气参数可通过数据手册和Matlab等工具得到。PSpice仿真结果与数据手册信息和实际情况相吻合,验证了该模型的实用性。

基于LabVIEW的大功率电力电子装置监控系统设计

针对现有的电力监控系统开发周期长、专业性强的特点,设计了一种基于LabVIEW的大功率电力电子装置监控系统;系统实现了对电力电子装置的遥测、遥信、遥控及参数设置等功能;相对传统实现方法有编程简单、高效、程序移植方便等优点;设计了监控系统的硬件结构,论述了监控系统的软件实现方法,对通讯协议、软件模块进行了介绍;实验结果证明,该系统采集数据准确,实时性好,运行稳定、可靠,且程序扩展性强,具有一定的实用和推广价值。

VK有源电力滤波器在电源电压畸变时的谐波提取方法

分析了有源滤波器(APF)基于旋转坐标系下进行坐标变换的谐波检测方法。该方法在电网电压畸变情况下能很好地检测和补偿电网中的谐波电流和无功电流。应用于三相三线制电路时,该方法可以计算任意次谐波电流的瞬时值。仿真与实验均验证了所提出的谐波检测方法的有效性,基于旋转坐标系下进行坐标变换的谐波检测方法的有源电力滤波器具有良好的工作性能。

IGBT水冷基板瞬态启停及变工况运行特性实验研究

为避免绝缘栅双级晶体管（insulated gate bipolar transistor,IGBT）水冷基板在非常情况下导致冷却失效甚至造成系统瘫痪的危险发生,针对设计制作的一种平行微通道水冷基板在多种变工况条件下进行了其传热性能的实验研究；实验研究的变工况条件包括供水系统的瞬态启动或停止条件,质量流量60～330 kg/h的波动变化条件以及水冷基板部分流道堵塞的条件,重点研究了实验条件对被冷却器件表面温度及其冷却效果的影响规律。结果表明：瞬态变化条件下高热流密度时会发生危险工况,其反应时间τR＜10 s,流量波动条件下当平均努赛尔数Nu较小时对冷却效果影响较大,水冷基板部分流道堵塞的条件不会导致大幅温升。

预充电过程中取能电路对链式STATCOM直流电压影响及其均衡方法

本文以交流侧取能链式STATCOM为研究对象,通过建立其预充电过程中含取能回路的换流器等效电路,研究换流器直流电压分布机理,分析换流器直流电压分布不均衡原因,提出考虑取能电路参数差异的直流电压均衡方法,并通过低压物理实验对该方法予以验证。

与换流器控制方式解耦损耗分析方法研究

模块化多电平换流器(MMC)避免了器件直接串联,大幅降低了器件开关频率,成为柔性直流输电和基于全控器件的新型高压FACTS装置采用的最主要拓扑。MMC换流器因其制控制方式多采用最近电平逼近方式,其开关规律难以准确表达,导致其损耗分析困难。在此提出一种损耗分析方法,该方法综合考虑影响损耗各因素,绘制了损耗随各因素变化总表,与仿真计算相结合,通过查表来计算MMC损耗,既实现了MMC损耗分析与控制方式解耦,又满足了仿真对算法快速性要求。结合算例,对该方法对MMC损耗特性进行了计算,并给出相应的分析。

动态电压恢复器试验方法研究

电压暂降是发生概率最高的电能质量问题,动态电压恢复器(DVR)是解决电压暂降最直接有效的方法之一。DVR装置拓扑、电压暂降检测方法和补偿策略等得到了广泛研究,而试验方法却鲜有提及。在此分析了DVR装置拓扑结构,指出针对配电系统DVR适用拓扑——无串联变压器三单相桥DVR,提出了一种DVR装置低成本的全工况模拟试验方法,通过仿真和试验测试,验证了此试验方法的有效性和实用性。

高电位工作电压源换流器供电电源设计

介绍了电压源变流器(VSC)在输配电领域应用的几种拓扑,指出工作在高电位的VSC控制单元可靠供电是核心技术之一。在此基础上分析了高电位VSC供电需求,通过对几种常用的直流转直流(DC-DC)拓扑进行了比较,指出双管反激拓扑更适合于高电位VSC供电。最后设计了基于双管反激的DC-DC变换器。仿真和试验结果吻合较好,并将其应用于配电静止无功补偿器(D_STATCOM)。

采用最近电平控制的模块化多电平换流器损耗一致性分析

为研究半桥结构的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)子模块的损耗分布特性和一致性,首先,分析了MMC换流器的基本工作原理和损耗数值计算方法;其次,应用PLECS仿真软件针对半桥子模块结构进行仿真计算,分析了最近电平控制下不同均压、环流抑制方式下的子模块损耗特性;最后,对比分析了不同控制方式下的子模块损耗特性。研究结果表明:在不影响换流器工作状态的前提下,使用保持因子法均压以及使用三相解耦二次谐波环流抑制算法进行环流抑制时,各子模块损耗分布一致性更高,整体损耗率更低。

大功率电力电子设备用微槽道系统实验研究

为同时满足大功率电力电子设备高热流密度散热及被冷却表面低温的要求，设计搭建了闭式真空微槽道制冷系统，对去离子水在负压下进行了实验研究。微槽道散热器包含17条尺寸为0．6ram（形）×2mm（D）×20mm（L）的微槽道，材料为无氧铜。实验工况为进口压力Pin=38．9～166．8kPa，流量V：3．2～20L／h，质量流速G=42～262kg／m^2 s，热流密度q″=6．6～220W／cm^2。实验结果表明IGBT壳温随压力的减小而减小，平均换热系数随压力的减小而增大，验证了负压两相系统的优势，在发热面温度低于80℃的情况下实现了热流密度100W／cm^2。

基于SHEPWM技术的多电平电流型变流器

随着高温超导储能技术的发展,电流源型变流器(CSC)的储能效率问题将得到解决,多电平CSC将在电力系统中得到广泛应用。因此,对CSC的开关调制策略进行研究具有实际意义。提出了一种适用于CSC的定次谐波消除技术,以5电平CSC为例,建立了特定谐波消除脉宽调制(SHEPWM)消谐方程组,给出了在整个调制比变化范围内的输出电流波形。实验结果证明了在多电平CSC中应用SHEPWM方法是正确可行的。

采用载波移相调制的模块化多电平换流器损耗一致性分析

阐述了模块化多电平换流器的基本工作原理和损耗数值计算方法,应用PLECS仿真软件针对半桥子模块结构,分析了载波移相调制下不同均压、环流抑制方式下的子模块损耗特性,认为在不影响换流器工作状态的前提下,使用能量均衡法均压以及使用三相解耦二次谐波环流抑制算法进行环流抑制时,各子模块损耗分布一致性更高,整体损耗率更低。通过比较,还发现不同工况下的子模块损耗一致性接近。最后,对比了载波移相调制与最近电平控制调制方式下的损耗一致性,认为载波移相调制下子模块损耗一致性更高。

一种基于双端反激原理的高位取能电源设计

介绍了一种基于双端反激原理的DC/DC高位取能电源,设计了反激变压器的主要参数,通过saber仿真软件搭建了反激变换器的物理模型,并验证了反激变换器的控制算法。最后通过仿真和实验的对比,验证了此设计方案的可行性。

基于Walsh函数的SHEPWM技术在电流型多电平变流器中的应用

随着高温超导储能技术的发展,电流型变流器的储能效率问题必将得到解决,电流型多电平变流器(CSC)将在电力系统中得到广泛应用。本文以一种新型单相五电平变流器为例,研究了SHEPWM技术在电流型多电平变流器中的应用。利用基于Walsh函数把其对应的Fourier域内的非线性超越方程组转化为线性代数方程组,求解出了开关角关于基波幅值的分段线形方程,从而可实现输出电流的特定谐波抑制和在线控制。