晶闸管和IGBT混合的三相电机两相变频控制策略

现有三相交直交变频电路中大多使用IGBT作为电力电子器件,为了进一步降低低压大容量变频器设备成本,减少IGBT的使用,提出了一种晶闸管和IGBT混合的三相电机两相变频电路结构及四开关八电压矢量直接转矩控制策略.首先分析了利用IGBT辅助晶闸管关断的三相电机两相变频电路结构,并分析了不同开关状态下的瞬时电路工作原理,给出三相四开关拓扑下的八电压矢量生成方法;其次提出四开关八矢量异步电机直接转矩控制策略,并给出扇区划分、电压矢量选择和电压矢量伏秒生成原理;最后通过仿真实验验证所提策略的正确性和可行性.仿真结果验证了上述电路结构和控制方法的有效性.

基于IGCT抑制换相失败的关键控制策略

针对基于电网换相换流器的高压直流(LCC-HVDC)输电系统因以晶闸管作为换流器件而存在的换相失败问题,以集成门极换流晶闸管(IGCT)在中国某背靠背高压直流工程中的应用为基础,首先介绍了IGCT型高压直流的拓扑及基本运行原理。接着,从兼顾换相失败抵御效果和IGCT阀的关断应力角度,提出了适应IGCT阀的关断策略。在此基础上,研究了不同类型交流故障对故障电流峰值的影响,提出了利用故障扰动系数动态调整电流控制器参数的策略,实现故障电流抑制和故障期间直流功率的稳定输送。最后,通过实时数字仿真(RTDS)验证了所提策略的正确性和有效性。

过压击穿晶闸管的柔直“黑模块”解决方案

柔性直流换流阀运行时,因“黑模块”引起的故障如不能及时清理,会造成直流输电系统跳闸的严重故障。根据乌东德工程换流阀的研制过程,提出一种利用过压自击穿晶闸管的短路特性,实现柔直“黑模块”故障清除的解决方案。阐述了柔直换流阀“黑模块”故障机理及其带来的危害,在此基础上提出了过压自击穿晶闸管用于“黑模块”故障处理的原理,并分析了这种柔直专用的过压自击穿晶闸管的电气特性,评估了这种方案的电气应力情况;最后,设计试验电路进行了试验验证。最终成功在乌东德工程中实现工程化应用。

一种新型大功率直流电源的均流技术

受半导体工艺和器件制造技术的限制,突破单个晶闸管的耐压和耐流水平较为困难,在实际电路设计中,通常使用多个晶闸管器件并联分流的方法来实现电流容量的扩大,与此同时带来了并联支路的电流不平衡问题,即均流问题。在此提出一种对称的器件布局结构,将晶闸管和保护元件从传统的竖直排列、改变为圆形(此处为正六边形)布局,不仅热分布均匀,而且同一整流臂上晶闸管电流路径一致、产生的空间磁场分布均匀,使得器件均流效果较好,能可靠地用于试验和生产,带来很好的经济效益,为大功率直流电源的设计和均流问题的改善提供了有益参考。

直流输电用大功率逆阻型IGCT器件关键技术研究

受限于大功率可关断器件的发展,高压直流输电用可控关断的电流源型换流器(current source converter,CSC)一直未取得实质性进展。该文首先介绍基于换流器级联的CSC拓扑方案,搭建250kV/750kW的直流输电仿真系统,提取逆阻型集成门极换流晶闸管(revere blocking integrated gate commutation thyristor,RB-IGCT)器件应用于直流输电系统所应满足的技术要求;其次,分析低通态压降、损耗优化和高du/dt和di/dt的RB-IGCT器件关键设计方法。最后,对研制的4500V/3000ARB-IGCT关键核心参数进行实验验证。研究结果表明,所研制的RB-IGCT器件可以满足CSC的要求,是构建CSC的可行路线。

6英寸8 kA/6.5 kV IGCT器件特性研究

集成门极换流晶闸管(IGCT)具有电压等级高、电流关断能力大和通态损耗低等优势,在电网领域的应用越来越广泛。为了进一步提升器件的关断能力,IGCT器件尺寸扩展至6英寸,在此介绍了6英寸8 kA/6.5 kV非对称IGCT器件的研制,通过优化阴极梳条排布和管壳设计,将IGCT元件寄生电感降到2 nH以下,降低了40%。通过优化N基区的选型,器件具备了稳健的4 kV直流阻断能力和8 kA的关断能力,并在高温8 kA下通态电压低于2.8 V,最后在直流断路器拓扑中进行了应用,这为研究更大功率等级的IGCT器件奠定了基础。

基于IGCT的大容量直流变压器设计

大容量直流变压器(HDCT)是直流组网的核心设备,这里设计了基于集成门极换流晶闸管的HDCT(IGCT-HDCT),通过最小回流功率注入的方式实现了直流变压器(DCT)全功率范围下的零电压开通,在此基础上,增加了关断缓冲电容进而实现了准零开关损耗。同时,利用IGCT通态压降低的优点降低系统通态损耗。最后,研制了1.5 kV/2 MW的HDCT样机,验证了所提方案的有效性。

晶闸管换流阀冲击电压特性研究

以灵宝背靠背高压直流输电用120kV光控晶闸管换流阀为研究对象,应用现代电路理论的状态方程分析方法,求解了单阀在冲击电压激励下阀内电抗器和晶闸管的电压特性,并给出了仿真结果。试验结果表明,仿真研究是成功的。

分层接入方式的特高压直流输电逆变侧最大触发延迟角控制

随着中国特高压直流输电技术的广泛应用,多馈入高压直流集中落入受端负荷中心将是未来我国电网发展所面临的重要问题。特高压直流分层接入方式有助于提高多馈入直流系统电压支撑能力,已经列入国家电网规划。传统的逆变侧最大触发延迟角控制策略在逆变侧一个交流电网发生故障时会导致另一正常运行交流电网所连接阀组发生换相失败。该文提出一种改进的逆变侧最大触发延迟角控制策略:逆变侧一个交流电网发生故障时,控制另一个正常运行交流电网连接的阀组不以提升直流电压来抑制直流电流为控制目标,而以减小最大触发延迟角不发生换相失败为控制目标,可保证无故障交流电网所连接的阀组正常运行,避免了直流功率振荡。

基于串联晶闸管强迫过零关断技术的混合式高压直流断路器

为了提高混合式直流断路器的开断能力,降低半导体器件的使用成本,提出了一种基于串联晶闸管强迫过零关断技术的具备双向开断能力的混合式直流断路器拓扑方案。在分析关断过程的基础上,推导了串联晶闸管阀与二极管阀组件反向恢复过程中均压回路的参数设计方法,然后以10 k V样机为例,开展了主支路和转移支路器件选型与参数设计,并搭建了10 k V直流断路器原理样机及其实验回路。研究结果表明：正常运行时,主支路由机械开关和少量的全控型半导体器件串联构成,其损耗较小;在开断电流时,故障电流首先转移至晶闸管阀支路,再通过放电回路注入反向电流迫使晶闸管阀过零关断,最后通过耗能支路吸收系统感性能量。原理样机实现了直流电压10 k V下短路电流峰值为8.8 k A的过零快速关断、且开断时间小于3 ms;转移支路可通过调整半导体器件的串联数量和选型大幅提升直流断路器的电压等级和故障电流耐受能力;串联二极管阀能在大电流关断暂态过程中抑制晶闸管器件的反向恢复过电压,降低晶闸管器件的损坏风险;在混合式直流断路器的换流和关断阶段,无需针对串联的晶闸管器件调整触发时间与匹配参数。综上所述,所提出的混合式直流断路器具有快速直流短路故障清除能力,可以作为未来柔性高压直流输电系统组网的工程实施方案之一。

一种新型大型变压器自适应冷却控制装置

提出了大型变压器自适应冷却控制装置的原理和实现方法。对冷却器组数提出了用温度及温度变化率结合变电站及发电厂实际情况和冷却器组累积运行时间进行自动均衡综合控制 ,并对运行冷却器组的各种故障进行自适应保护。现场运行表明 ,该冷却控制装置可靠性高、功能强 。

±1100kV特高压直流输电用6英寸晶闸管及其设计优化

为满足国家±1 100 kV特高压直流的应用需求,适应换流阀用晶闸管向更高电压等级、更大电流容量、更高可靠性发展趋势,基于中国南车现有6英寸晶闸管成熟技术基础,通过计算机仿真与试验相结合的方法,优化晶闸管芯片结构设计,改善了晶闸管芯片边缘电场分布和电压稳定性,改善器件内部热分布与外部散热,提高了晶闸管电流容量;优化晶闸管芯片放大门极结构设计,改善了器件的动态特性;采用先进的电子辐照技术,通过试验优化辐照工艺,进一步改善了晶闸管静态参数与动态特性折衷关系;研究开发出6英寸5 000 A/8 500 V晶闸管,器件的所有静、动态参数达到设计指标,通过了可靠性试验,满足±1 100 kV特高压直流输电换流阀的应用要求。

可控串联补偿的滑模PID控制器设计

为抑制电力系统中可控串联补偿装置的非线性及外部扰动影响,文中应用直接反馈线性化方法和滑模比例–积分–微分(proportional-integral-differential,PID)控制理论,设计了可控串联补偿的新型非线性控制器。利用直接反馈线性化方法对非线性模型精确线性化,采用滑模变结构理论与常规PID的复合控制策略,设计的可控串联补偿控制规律简洁,易于工程实现且鲁棒性好。仿真结果表明,与传统的控制方式相比,滑模PID控制器能有效地阻尼系统振荡,提高系统的暂态稳定性,对运行点变化也具有较好的适应性。

硅直接键合(SDB)技术在新型电力电子器件应用中的新进展

综述了硅直接键合(SDB)技术在绝缘栅双极晶体管(IGBT)、静电感应晶闸管(SITH)及MOS控制可关断晶闸管(MTO)等器件中的新应用,说明了SDB技术在新型电力电子器件应用中的新方法和新思路。在此基础上,提出了用SDB技术制作集成门极换流晶闸管(IGCT)和集成门极双晶体管(IGDT)的设想,并给出了相应的工艺方案。

一种双向强迫换流型直流真空断路器拓扑结构分析与设计

现代舰船电力系统通常采用分段母线,母线段与段之间一般配置具有双向通流和保护能力的母联断路器,用于保护母线,同时兼做负载支路开关的后备保护。该文给出一种基于强迫换流原理的双向直流真空断路器技术方案,采用晶闸管构成桥式换流回路,实现双向分断,重点对换流过程进行分析,通过选择对向晶闸管导通时刻,调控真空开关过零过程的电流、电压波形,降低电流过零速率,构建近似零电压介质恢复环境,增强分断可靠性。仿真结果表明,该方案及控制策略可行、有效。

高压直流换流阀晶闸管结温计算研究

针对串联水路的换流阀组件中各级晶闸管结温的差异,建立了阀组件晶闸管结温计算等效模型,利用PSCAD/EMTDC仿真软件对各级晶闸管结温进行仿真求解,找出一个阀组件中结温最高的晶闸管;对结温最高的晶闸管两侧散热器中心区域开槽,埋置测温光纤,在合成试验平台上进行最大连续运行负荷试验,并从所测得的散热器台面最高温度对晶闸管结温进行校核,结温校核结果表明,阀组件晶闸管结温计算等效模型具有较高的准确性。

光触发晶闸管光开启特性的研究

本文对大功率直接光触发晶闸管的开通特性进行了测试分析。实验表明,随着光脉冲宽度的增加,临界光脉冲幅值有所降低;在脉宽不变时,延迟时间t_d随光脉冲幅值的增加近似成双曲函数下降,在光脉冲宽度和幅值都不变时,上升时间t_r随阳极电流I_A增加而增加,t_d基本不变。t_r和t_d都随阳极电压V_A的增加而减小。

现代新技术在高压直流输电中的应用

全面介绍高压直流输电技术在世界范围内的应用情况,并简述光直接触发晶闸管阀、绝缘门极双极晶体管电压源换流器、接地极引线故障测量装置等新技术在直流输电工程中的应用。对我国直流输电系统的发展重点工程及其采用的主要新技术也分别做了介绍。

具有转速负反馈晶闸管调速系统的模糊控制

研究基于模糊控制的具有转速负反馈的晶闸管直流调速系统。内容包括系统的模糊推理、模糊控制以及与传统的PID控制的性能比较。同时还完成系统的硬件研制和软件编程。

中频DVR补偿变压器投切电路与控制方法

飞机地面电源为飞机维护提供三相115 V/400 Hz中频电能,但由于现场保障距离远、负载功率大,线缆压降损失严重,导致飞机接口处电能质量超出国军标相关要求,需要进行实时电压补偿。传统的动态电压补偿器(Dynamic Voltage Restorer,DVR)利用双向晶闸管分组投切补偿变压器,但晶闸管开通与关断时间长,在中频条件下存在不可靠关断风险,且其通态损耗较大、发热问题严峻。针对上述问题,提出一种基于双向MOSFET的补偿变压器投切电路,每个补偿变压器副边串入供电线路,原边通过双向MOSFET开关连接于相线LN之间,并将另一组双向MOSFET开关连接补偿变压器原边。进一步提出了基于电流检测的补偿变压器平滑投切控制方法,根据漏感及激磁电感的续流通路,将投切电路分为四个工作模态,通过检测和分析各双向开关电流方向及大小,建立各MOSFET的控制逻辑。最后搭建2 kW实验样机,验证了所提投切电路及控制方法的有效性。