晶闸管强迫换流虚拟仿真实验建模与分析

针对120°导电型逆变器中晶闸管的强迫换流过程复杂,传统硬件实验无法完成测试的现状,研究了晶闸管强迫换流虚拟仿真实验的建模方法。该方法利用Simulink工具箱搭建晶闸管三相桥式串联二极管式电流型逆变器实验模型,仿真分析了交流电动机反电动势和漏阻抗对换流过程产生的影响、换流二极管的临界导通条件和换流电容的充放电过程,测试了反电动势负载条件下三相全桥电流型逆变器的谐波影响。仿真结果表明,该模型能够直观和真实地反映逆变器中晶闸管的强迫换流过程,提供了有效的虚拟仿真实验教学资源。

门极换流晶闸管关键技术的研究

通过对门极换流晶闸管(GCT)关键技术的研究,提出了一种沟槽隔离的逆导型GCT结构。借助MEDICI软件,模拟了GCT的各项特性及其在内部的微观现象,对透明阳极、缓冲层、隔离区等关键结构参数进行了优化设计,并对其制作工艺进行分析。研究结果表明,采用透明阳极、缓冲层和沟槽隔离的逆导型GCT结构,不仅可以获得更好的静、动态性能,而且可大大降低制作工艺难度,有望在国内现有工艺装备下进行开发。

集成门极换流晶闸管驱动电路的研究

根据集成门极换流晶闸管驱动电路基本逻辑功能的要求,提出应用电子设计自动化技术和复杂可编程逻辑器件芯片实现高可靠性、单片化、灵活设计的方案,设计出一种采用了硬驱动和集成门极技术的集成门极换流晶闸管门极驱动电路.该电路具有结构简单,开关速度快,可靠性高,增加保护电路和测试电路方便等优点.电路仿真结果表明,开通时门极电流可在2μs内迅速达到200A左右,关断时电流门极电流可在4μs内抽取400A左右,符合集成门极换流晶闸管开通和关断时的特性要求.

模拟换流阀长期运行工况的高压大功率晶闸管电热联合老化系统研制

近年来国内多个直流换流站发生严重事故,经调查发现事故起因多为长时间运行的换流阀晶闸管发生不同程度的老化甚至绝缘能力丧失。掌握晶闸管参数退化规律是开展晶闸管运维监测、预防此类事故继续发生的基础。因此为了深入了解换流阀晶闸管老化过程中特性参数退化规律与老化机理,首先需要搭建试验所需的模拟换流阀运行过程的晶闸管老化试验装置。文中首先分析了换流阀晶闸管的实际运行工况,并基于此设计了晶闸管电热联合老化主电路,接着对电路中涉及到的控制单元,包括绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的驱动电路与晶闸管的触发电路进行设计与搭建,并基于晶闸管的实际运行工况设计了晶闸管结温控制系统。为了获得晶闸管老化过程中特性参数的退化规律,设计了晶闸管漏电流在线监测系统与反向恢复离线测量系统。经过检验,各个模块以及主电路均能够保持长期稳定运行,为换流阀晶闸管的老化试验打下了良好基础。

非对称型门极换流晶闸管阻断特性的设计与优化

分析了非对称型门极换流晶闸管(GCT)的结构和工作原理,提出了阻断特性的设计方法,并依此建立了非对称型GCT的结构模型;利用MEDICI软件对其正向IV特性和电场分布进行了模拟,分析了穿通型耐压结构的击穿机理,证实了设计的合理性;另外通过对GCT结构参数的优化,指出当n缓冲层的浓度为5×1016cm-3时,可获得比较理想的阻断特性。

集成门极换流晶闸管门极驱动电路

介绍了集成门极换流晶闸管(IGCT)的基本结构,它同时拥有晶体管的关断特性和晶闸管的开通特性,是一种理想的兆瓦级中高压半导体开关器件。IGCT必须结合集成门极驱动电路才能完成硬开通和硬关断,因此门极驱动电路的性能将直接影响器件性能的优劣。具体设计了630A/4500V逆导GCT的驱动电路,并分析了驱动电路的要求和设计原理。

非对称型门极换流晶闸管的优化设计

根据半导体器件的设计特点和设计原则,对600 A/3 000 V非对称型门极换流晶闸管进行了结构参数的优化设计,得到了材料参数与结构参数的关系.阴极采用条状同心环单元发射极排列结构,不仅可以提高单元承受应力的能力,而且可使单元均匀性得到改善.应用数值分析,使器件的透明阳极和缓冲层等关键结构的掺杂分布、区域宽度以及少子寿命得到优化,计算结果满足设计的要求.

门极换流晶闸管(GCT)击穿机理的研究

简述了门极换流晶闸管(GCT)的耐压结构及其特点。利用MEDICI软件模拟和分析了具有不同结构参数的四种器件的阻断能力和通流能力,研究了GCT的击穿机理。结果表明,GCT的击穿实质上属于场阻止(FS)型击穿,并非穿通(PT)型击穿。从而指出以往对GCT击穿机理的认识存在局限性。

非对称型集成门极换流晶闸管(IGCT)在PISCES-2ET软件平台上器件模拟

运用PISCES-2ET软件对非对称型集成门极换流晶闸管进行器件模拟,给出了器件的杂质浓度、电子和空穴浓度和电势的二维和三维分布;通过模拟结果来验证设计是否合理,对下一步设计器件的物理参数和结构参数起到指导作用.

Bi-mode逆导门极换流晶闸管结构与特性研究

Bi-mode逆导门极换流晶闸管(BGCT)是为了改善传统逆导门极换流晶闸管(RC-GCT)电流均匀性和提高硅片有效面积利用率而提出的一种新结构。通过分析BGCT器件的版图布局结构,采用Sentaurus TCAD软件模拟并分析了BGCT、传统结构RC-GCT和IGCT传统功率器件的通态特性、正向阻断特性和关断特性,着重比较了RC-GCT与BGCT在400K温度下不同工作模式下特性差异。分析研究结果表明,BGCT器件能够改善RC-GCT器件的通态特性,提高硅片面积的利用率。

集成门极换流晶闸管IGCT

介绍了一种新型电力半导体器件——集成门极换流晶闸管 (IGCT)的特性、工作原理、关键技术及其应用情况 ,并指出它必将成为大功率应用中的首选电力半导体器件。

沟槽阻挡型阳极结构门极换流晶闸管特性研究

引入沟槽结构,提出一种改进型注入效率可控门极换流晶闸管。新结构采用沟槽型阻挡结构代替阳极表面平面型氧化薄层,实现对基区漂移电子阻挡和积累作用,保持了注入效率自调整效应,减小了平面型氧化阻挡层对阳极有效面积的影响。模拟结果表明,新结构器件实现了注入效率控制功能,增大了有效阳极接触面积并降低了通态压降;其沟槽宽度可调节注入效率和关断特性。

多馈入直流换相失败与同步电网交互影响机理研究评述

换相失败场景下交直流交互影响机理是多馈入直流系统安全稳定控制决策前提。从直流换相失败分类及机理、换相失败影响因素、换相失败评价指标及风险评估4个方面梳理了换相失败与同步电网交互影响机理研究现状,并从直-交、交-直两个角度分析了交直流电网的交互影响,最后介绍了基于受扰轨迹知识提取的交直流系统量化分析方法及应用现状,实例分析单直流换相安全评估方法推广至多直流连续换相失败的可行性,指出基于关断角受扰轨迹提取的量化分析方法能实现多馈入直流换相安全量化评估和换相安全性与系统稳定性的交互影响分析,后续应该理论分析多馈入直流换相失败场景下电压和频率跌落可接受性量化评估的适应性,在多维量化指标空间内,深入探讨同步电网多时间尺度复杂动态响应对多馈入直流换相安全的影响规律,揭示多馈入直流换相失败与同步电网动态响应相互作用机理。

Bi-Mode逆导门极换流晶闸管工艺方案与版图设计

Bi-mode逆导门极换流晶闸管(BGCT)是为了改善传统逆导门极换流晶闸管(RC-GCT)电流均匀性和提高硅片有效面积利用率而提出的一种新结构,其主要特点是在版图布局中将二极管阳极与GCT阴极指条穿插一起。通过对BGCT器件结构的分析,给出了一种工艺制作方案,并利用Sentaurus TCAD软件验证了工艺方案的可行性,分析研究结果表明,工艺设计方案可行,器件结构参数符合目标要求;最后在确定的工艺流程方案基础上,通过对门阴极指条的设计给出了其版图布局方案,且用L-edit软件绘制出了其光刻流程。

功率器件集成门极换流晶闸管关断特性研究

为深入研究IGCT的关断特性,该文基于实验结果,建立了IGCT关断过程中,流过IGCT电流的波形的数学模型,在此基础上进而提出用微分方程研究电路中IGCT关断特性的方法。为验证该方法的有效性,以建立的IGCT关断过程电流波形数学模型为基础。该文建立基于斩波电路的IGCT关断暂态特性的数学模型。该模型充分考虑IGCT阻容吸收回路、线路杂散电感及限流电抗器对IGCT关断暂态过电压的影响。数值仿真及试验结果表明,该模型能够较好地反映IGCT关断过程中的暂态特性。

集成门极换流晶闸管在电力系统中的应用

阐述了集成门极换流晶闸管(IGCT)的结构特点、基本工作原理,IGCT综合了可关断晶闸管(GTO)和绝缘栅换流晶闸管(IGBT)的优点,它具有成本低、高可靠性、高效率、开关频率高和易于串联等特点。详细讨论了集成门极换流晶闸管(IGCT)在电力系统中的具体应用,由于其优越的性能在中压大功率逆变器领域中正逐渐得到广泛重视,具有广泛的应用前景。

励磁涌流引起换流变瓦斯继电器误动的振动及油流特性研究

在实际直流输电工程中,换流变压器在空载合闸时产生的励磁涌流导致其瓦斯继电器误动的事故频发,由于对励磁涌流下换流变压器振动及其油流特性的研究不足、故障机理不明确,瓦斯继电器误动等事故时有发生。为此,本文以某实际换流站中换流变压器网侧绕组空载合闸为例,搭建换流变压器励磁涌流电磁暂态模型,分析不同剩磁及合闸角下的换流变压器励磁涌流波形;搭建换流变压器电磁-力-流耦合的有限元模型,研究涌流作用下换流变压器的振动特性,箱体及油管内油流压强及流速特性。研究成果可为换流变压器瓦斯继电器在励磁涌流下的误动故障机理的分析提供有效参考。

基于集成门极换流晶闸管的中压三电平逆变器的驱动脉冲优化设计及复杂可编程逻辑器件实现

基于IGCT的中压三电平逆变器正被广泛地应用于工业领域。在这些逆变器中,IGCT的PWM驱动脉冲信号在进入门极单元之前需要进行处理,以确保驱动脉冲的死区时间和最小脉宽等设置。该文以MVA三电平逆变器为实例,根据开关器件特性、电路参数和控制要求,给出该逆变器驱动脉冲优化设计过程,包括关键参数计算和实现流程。该文采用双CPLD(复杂可编程逻辑器件)的方式给出驱动脉冲优化的实现流程,并为故障处理提供快速通道。文中给出了CPLD实现的仿真和实验结果,结果表明该驱动脉冲优化设计和实现是逆变器安全可靠工作的有力保证。

断路器选相投切系统在换流站中的应用研究

在换流站滤波器组及换流变压器配置断路器选相投切系统,可改善断路器开合暂态过程,在取消合闸电阻工况下仍可避免对电力设备及系统造成冲击。基于多个换流站选相投切工程实施及调试经验,进行了换流站选相投切系统应用的调查。介绍了选相投切系统构成、选相投切要求、断路器配套及预测试方法等。重点针对滤波器组、换流变压器的选相投切应用,总结了控制策略、选相投切系统带电冲击试验,及工程使用中需重点关注的问题、设备运维要求等,为相关技术人员提供参考。试点工程在特高压断路器中创新性地采用取消合闸电阻、增设选相合闸的专项改造方案。断路器选相投切系统总体运行效果良好,为技术的推广积累了工程运行经验。

换流变压器电热耦合数值计算方法综述

换流变压器故障率显著高于普通电力变压器,电磁、流-热多物理场耦合下绝缘老化是影响其安全可靠运行的首要原因。聚焦于换流变压器电磁场与温度场,研究了面向换流变压器复杂结构的电磁、流-热多物理场耦合机制,对当前换流变压器在交直流复合电压与极性反转电压下的电场数值计算,计及离子迁移模型的电场数值计算,考虑非正弦电流的磁场及损耗数值计算,考虑流-热耦合和电磁-流-热耦合的温度场数值计算等方法进行归纳总结,展望了多物理场耦合的研究趋势,指出空间和界面电荷对于换流变压器油纸绝缘体系电场分布的影响,温度场对绝缘材料性能参数的影响,温度场与流场更全面的耦合与损耗计算是未来研究的重点方向。这些研究成果的总结可为实现各物理场分布的精确量化,进而对换流变压器的前期设计优化和后期高效运维提供参考和借鉴。