基于多层级模拟的压接型IGBT器件短路失效机理分析

压接型绝缘栅双极晶体管(press pack insulated gate bipolar transistor,PP-IGBT)器件具有功率密度高、短路失效等优势,已被广泛应用于柔性直流输电换流阀中。现有压接型IGBT器件短路失效研究主要基于宏观测试结果,难以揭示由微观材料失效诱发器件短路失效的机理,该文基于圧接型IGBT器件短路测试结果,提出压接型IGBT器件短路失效机理的多层级模拟方法。首先,搭建短路冲击实验平台,基于短路实验获取失效发生条件与失效芯片;其次,建立压接型IGBT宏观器件——介观元胞模型,研究圧接型IGBT器件短路失效时器件–元胞复合应力变化规律;最后,建立微观元胞铝–硅界面分子动力学模型,分析短路失效发生条件,揭示短路失效机理,并提出芯片失效部位相对概率分布。结果表明,短路工况下芯片靠近栅极的有源区边角是最容易发生失效的薄弱区域,铝、硅材料失效是导致压接型IGBT器件短路失效的直接原因。

抑制碳化硅电驱系统共模电压的多矢量模型预测控制策略

针对高频碳化硅电驱系统现有策略受限于备选电压矢量较少,难以兼顾共模电压和电流畸变抑制效果的问题,本文提出一种基于多矢量组合型模型预测控制方法。首先,对碳化硅逆变器进行三相双脉冲测试,研究不同电压矢量对碳化硅高频开关特性的影响。其次,分析基于双矢量模型预测的共模电压抑制方法产生电流畸变的原因,并提出通过增加一组逆向相邻矢量组合的多矢量调制电流畸变抑制方法,以及提出对应的多矢量作用时间推导方法和多矢量死区补偿策略。最后,对所提出的方法进行了仿真和实验,结果表明所提方法共模电压幅值在全频率段均得到有效衰减,最大衰减约60 dB,电流畸变率降低至原来的1/3,有效抑制共模电压同时降低电流的总谐波畸变率。

计及齿槽作用及杯型转子结构影响的油摩损耗解析计算

针对传统浸油冷却轮毂电机油摩损耗解析式未考虑齿槽作用,以及轮毂电机与减速器集成设计时转子轭部内凹形成杯型结构的影响而导致油摩损耗计算误差较大的问题,提出了改进解析模型。首先,根据轮毂电机定子齿槽结构及尺寸,将气隙分为齿部和槽口两个部分,分别建立两者单独作用和综合作用下的气隙油摩损耗的解析模型;其次,根据轮毂电机转子结构特点,将其划分为结构规则的不同区域,分别建立各个区域的端面油摩损耗解析模型,两者综合作用形成总油摩损耗;最后,通过基于CFD的流场仿真值、搅油测试实验值与解析计算值对比,新型解析计算方法较传统方法在杯型转子端面油摩损耗方面计算精度平均提高了6.55%,在考虑齿槽作用下气隙油摩损耗最大计算精度提高了12.6%,在不同温度条件下总油摩损耗计算精度平均提高了5.72%,验证了解析模型准确性。

基于两阶段迁移学习的调相机暂态电抗参数在线辨识方法

针对常规迁移学习辨识网络需要大量历史辅助数据而影响参数辨识准确性的问题,提出考虑小样本下两阶段迁移学习的调相机暂态电抗参数在线辨识方法。首先,获得不同运行工况下的暂态电抗参数变化规律,利用支持向量机(SVM)和反向传播(BP)神经网络算法获得辅助数据。其次,基于电抗参数变化规律、故障下实时变化的暂态电抗目标数据及辅助数据,采用深度稀疏自编码器(DSAE)与反向传播神经网络进行两阶段特征迁移学习。最后,对不同电网故障下的暂态电抗进行在线辨识,并进行比较验证。结果表明,基于两阶段迁移学习的DSAE与BP神经网络在辨识调相机暂态电抗参数时具有更高的辨识精度。

考虑调相机饱和参数的分阶段励磁控制优化策略

针对常规励磁控制在故障期间未能充分发挥调相机暂态无功输出能力和难以准确有效地支撑电网电压的问题,提出考虑调相机饱和状态下电机参数的分阶段励磁控制优化策略。首先,推导调相机暂态无功输出表达式,分析不同运行工况下饱和参数对调相机暂态无功特性的影响。其次,基于调相机参数与输出无功的数学关系引入考虑饱和参数的无功增量,分阶段优化励磁环节中内环电压参考值与外环PI控制。最后,建立锡盟-泰州特高压直流输电系统的无功控制模型,通过仿真验证励磁控制策略优化效果。研究成果为调相机的优化设计提供技术支撑,也对提高调相机的电网电压故障支撑能力和提升我国高压直流电网的电压稳定水平具有重要作用。

基于抑制起弧原理的中压无弧直流断路器

直流断路器是多端直流输电和直流配电网的关键设备。机械式和混合式直流断路器面临的困难是开断过程中触头间存在燃弧问题。文中讨论了产生电弧的电场强度和电压条件,并通过大量实验统计分析,总结出了抑制起弧所需满足的电场强度和电压条件。设计了抑制起弧的辅助缓冲电路,用以限制开断过程中触头间电压的上升,使其低于由机械开关速度决定的触头间介质绝缘电压,从而实现了直流断路器的无弧开断。通过仿真和低压模拟实验验证了抑制起弧原理和缓冲电路设计的正确性和有效性,并分析了中压无弧直流断路器的可行性。

驱动永磁同步电机的新型机械-电子混合逆变器

针对机械逆变器存在起弧风险、电子逆变器成本较高的问题,提出一种用于永磁同步电机驱动的新型机械-电子混合逆变器。换向器、换向电刷、辅助滑环和辅助电刷组成的机械部分用于将直流电压逆变为方波电压,并实现三相电压的固定输出。电子部分为电容和二极管组成的续流电路,能使起弧电压条件和电场强度条件无法同时满足,从而抑制机械换向器电弧。混合逆变器能简单、低成本和高效率地实现永磁同步电机无位置传感器驱动:120°方波驱动的方波永磁同步电机各项性能均达到和电子逆变器相当的水平;150°方波驱动的三相正弦波永磁同步电机相电流谐波较小,电磁转矩脉动小于方波永磁同步电机。实验过程中混合逆变器正常运行,无电弧产生,最高效率达98.9%。