混合型MMC器件损耗分布与电容纹波电压综合优化方法

针对现有全桥-半桥混合型模块化多电平换流器(MMC)控制难以兼顾逆变工况下半桥子模块下部绝缘栅双极晶体管(简称半桥子模块中T2管)损耗降低与电容纹波电压抑制的问题,提出半桥子模块中T2管损耗降低及电容纹波电压抑制的综合优化方法。分析电容电荷对半桥子模块中T2管损耗及电容纹波电压的影响路径,指出半桥子模块中T2管通态损耗降低与电容纹波电压抑制间的矛盾。计及2倍频环流注入,分析模组解耦与主动旁路控制间的相互作用。考虑主动旁路控制降低半桥子模块中T2管损耗的优势及模组解耦控制抑制电容纹波电压的能力,提出模组平均开关函数及主动旁路半桥子模块个数的设计原则,并给出整体控制框图。在MATLAB/Simulink及PLECS中建立仿真模型,仿真结果表明:在调制比取0.827及单位功率因数下,相比主动旁路控制,所提方法可使半桥子模块中T2管损耗与电容纹波电压分别降低约20%和28%。

电力电子技术与模拟电子技术对比学习的研究——基于器件功率损耗电路模型

在电力电子技术课程学习中,初学者对电力电子技术与模拟电子技术之间的区别的理解是一个难点,只能在定义和电路组成的基础上去分析,学生对电力电子技术中的"电力"的本质没有真正理解,在后续学习中会不自觉的就把电力电子技术和模拟电子技术混淆,只能靠记忆来记住结论和公式。针对学习中存在的实际问题,提出了构建器件功率损耗电路模型分析电力电子技术和模拟电子技术两者不同的对比学习方法,使学生掌握电力电子技术的本质,为后续学习理清思路,提高学习效率。

三电平ANPC-DAB的零电压软开关特性与损耗均衡方法

采用多电平电路来构建双有源桥(dual active bridge,DAB)直流变换器可实现更高的电压等级与功率密度及更好的性能。基于半桥有源中点钳位型(active neutral point clamped,ANPC)三电平电路构建半桥ANPC-DAB电路,通过分析开关状态切换过程中零电压开通(zerovoltage switching,ZVS)的软开关特性,得出使全部12个开关管实现ZVS开通的条件。在此基础上,通过分析零电平开关状态对损耗分布的影响,提出一种能够有效改善开关管损耗分布的调制方法。为验证DAB的损耗分布及效率,对半桥ANPC-DAB建立损耗模型,对开关管的损耗分布及DAB的效率进行仿真分析。最后,通过1.5k W的实验样机完成实验验证。仿真与实验结果表明,所提出的调制方法在全部开关管实现ZVS的同时,有效地改善了功率器件的损耗分布。

高压大容量MMC子模块下部IGBT损耗优化方法

当高压大容量模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)传输有功功率时,由于桥臂电流中存在直流分量,同一子模块中的4支功率半导体器件产生的损耗并不均衡。特别是当MMC工作于逆变工况时,子模块下部IGBT的损耗尤为严重。由于IGBT对温度变化十分敏感且易于失效,因此在逆变工况下子模块下部IGBT的温升管控是限制MMC安全运行区间的主导因素。提出一种器件层面的损耗优化方法,其不仅可以减少逆变工况下子模块下部IGBT的损耗,还可以减少系统的总体损耗。最后,通过PSCAD/EMTDC仿真和MMC样机高压试验证明了所提方法的正确性和有效性。

基于实时数字仿真的电力电子装备损耗计算研究

降低半导体热损耗是提升电力电子装备转换效率的关键环节。提出了一种基于实时数字仿真器(Real-Time Digital Simulator,RTDS)的半导体器件损耗实时计算系统构建方案,通过在RTDS中建立半导体热损耗模型和电力电子装备环境仿真模型,并接入装备实际控制器进行硬件在环仿真,可以实时模拟半导体器件损耗分布,快速评估当前控制策略的有效性,能够为通过优化控制策略提升装备转换效率提供良好的工程验证环境。

用于交流传动系统的矩阵式变流器和电压型变流器的设计与损耗比较(二)

比较了460V、7.5kW的异步电动机驱动用带有源输入滤波的矩阵式变流器和中间直流电压环节变流器。此外,还讨论了2种变流器中元件的数量、半导体元器件的损耗、输入滤波器的设计和保护等方面的内容。结果表明在半导体装机容量一样的2种变流器中,只有在满负荷运行时,矩阵式变流器中的半导体元器件的损耗才小一些。矩阵式变流器中可采用比额定电流等级低33%的主开关元件,而它们的热应力与电压型变流器中的相差无几。在矩阵式变流器中,无源器件的数量及其定额要略显优势。

碳化硅MOSFET与硅MOSFET的应用对比分析

碳化硅MOSFET具有导通电压低、开关速度极快、驱动能力要求相对低等特点,是替代高压硅MOSFET的理想器件之一。将额定电压、电流相同的碳化硅MOSFET和高性能硅MOSFET应用于反激式变换器中进行对比测试,实验结果表明,在相同的驱动条件和负载条件下,碳化硅MOSFET的开关速度明显快于硅MOSFET;在12 V驱动电平条件下,直接采用碳化硅MOSFET替代硅MOSFET使得变换器的效率明显提升;采用20 V栅极驱动电平,效果更加明显。

一种电源-电容串联型直流变换器

提出了一种电源-电容串联型直流变换器,这种拓扑结构可以同时为两路直流电源升压,并且有效降低了半导体器件的电压与电流应力。与双路Boost型直流变换器相比,该电源-电容串联型直流变换器在不增加功率器件数量的前提下,显著降低了半导体器件的电压与电流应力,适用于分布式光伏并网逆变器的直流变换级。主要涉及该直流变换器的运行方式、电压与电流应力分析、效率对比,并通过实验验证了该直流变换器的可行性。

串联型逆变器脉宽移相时的最大移相范围研究

对串联型感应加热电源逆变侧调功技术进行了分析研究,重点讨论了脉宽移相控制技术的工作原理及特点。以MOSFET作为逆变器的开关器件,通过分析脉宽移相控制技术下器件的损耗,来确定移相角的最大取值范围。通过MATLAB仿真和样机实验,对理论分析进行了验证,其结果证明了分析的合理性。

一种新型低漏电流非隔离光伏逆变器

为了减小无变压器型光伏逆变器的漏电流,采用了一种新型的光伏并网逆变器拓扑。这种新型的拓扑采用双BUCK电路并联结构,而且具有低漏电流和低进网直流电压的优势。对该种逆变器的工作状态及其损耗进行了分析,并进行了Matlab仿真。仿真结果验证了上述非隔离光伏逆变器的低漏电流的特性。

船舶直流电网短路限流装置的设计与分析

针对现有断路器极限分断能力不能满足船舶直流电网短路保护要求的问题,制订了一种新型的基于固态限流器的船舶直流电力系统区域保护方案,给出了限流器拓扑结构;分析得到了其数学解析模型,并说明了工作的物理过程;推导出限流器的最大电容电压、主回路最大电流与电路各参数之间的关系,提供了限流器各器件选型的理论依据。基于此,研制出了新型小功率直流短路电网限流装置实验样机,并完成了以蓄电池组作为电源的电网突然短路限流实验。实验结果证明了所设计的限流器关键参数计算的正确性,且该限流器动作快速、准确,能有效地抑制短路电流,控制方法简便,具有良好的工程应用前景。

基于双调制波的三电平NPC变流器载波调制策略

三电平NPC变流器的调制策略中,双调制波载波调制策略(double modulation wave carrier-based PWM,DMWPWM)是一种可以实现全调制度和全功率因数中点电压无波动的调制策略。首先分析了已有DMWPWM策略的基本原理,推导了DMWPWM策略调制波与传统SPWM策略调制波的关系,在此基础上提出了应用于三电平NPC变流器的DMWPWM策略。然后,从输出相电压总谐波畸变率(total harmonic distortion,THD)特性、直流电压利用率以及器件开关损耗三方面对新型DMWPWM策略与传统正弦脉冲宽度调制(sinusoidal pulse width modulation,SPWM)策略进行对比,进一步阐明了所提方法特点。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。

35kV直挂集装箱式STATCOM散热系统分析与计算

本文分析了35kV直挂集装箱式STATCOM的结构及其内部H桥功率单元开关器件的损耗,推出了适于工程的功率器件损耗关系式。以35kV/20 Mvar STATCOM为例,根据开关器件损耗、电阻损耗等计算出集装箱内总发热量,在考虑散热器进风口风速不均条件下,设计了风机容量并给出具体型号。通过集装箱结构改造,解决了功率单元散热器进口风速不一致的问题。最后采用风速仪对集装箱功率单元散热器进口风速进行了测量,并验证了结构改造的可行性。

太赫兹超导人工电磁超材料的研究进展

太赫兹人工电磁超材料一直存在损耗大、性能不佳和不可灵活调控等问题。超导材料的损耗极低,是太赫兹波段高性能功能器件的优选材料之一。介绍了太赫兹超导人工电磁超材料的发展,并详细总结了其低损耗的特性以及灵活调控的方法。结合太赫兹波段高性能功能器件的应用需求,分析了太赫兹功能器件的发展趋势、存在的问题以及所面临的关键科学问题。

基于SPWM的变流器容错控制策略

用于高速磁悬浮列车的ANPC大功率变流器具有输出电压高,输出电流大,牵引能力强的特点。由于ANPC大功率变流器具有较多的开关器件,在负载功率较大的情况下长期运行会使得器件损耗严重,导致设备产生隐患,有一定概率造成故障。因此,在实际应用中,如何保障变流器可靠性成为电力技术人员关注的重点。