基于空间布局和杂散电感优化的直流断路器并联IGBT动态均流法

与压接式绝缘栅双极型晶体管(IGBT)相比,模块式IGBT具有成本低、不需要单独压装结构、安装方便、故障后呈开路等特点,是750 V/1500 V混合式直流断路器中的核心元件。然而,受限于单个模块式IGBT器件的标称开断能力,多个模块式IGBT的并联均流技术是实现10 kA级直流开断的关键。文中从理论上分析了IGBT器件、缓冲电路和快速真空开关的空间排布位置对换流速度、动态均流、关断过电压等性能的影响。分析表明,从减少换流难度角度考虑,快速真空开关应与IGBT就近并联;从降低关断过电压角度考虑,各并联IGBT应采用分布式缓冲电路结构。进一步,考虑空间磁场耦合作用,建立了并联IGBT的动态开断电路模型,分析了并联IGBT动态开断性能的影响因素,发现增大子模块支路杂散电感、降低避雷器残压可有效提高并联IGBT的动态均流性能;子模块间负耦合电感可有效抑制IGBT关断过电压。最后,为兼顾换流速度、动态均流、关断过电压抑制等,提出了缓冲电路、IGBT、快速真空开关就近并联构成子模块,子模块再经电感并联的混合式直流断路器拓扑方案,并进行了仿真验证和1.5 kV/3 kA试验验证。

不同机电混合式有载分接开关工作特性实验研究

为阐明机电混合式有载分接开关(EHOLTC)的工作特性,确定不同半导体器件切换过程的差异,针对不同半导体器件的EHOLTC工作特性进行了实验研究。选用晶闸管、金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为研究对象,利用级绕组取电方式作为控制电源,搭建了3种实验样机平台。结合实验数据,分别计算了各器件工作参数及功耗数据。实测数据表明,EHOLTC燃弧能量约为机械式OLTC燃弧能量的1‰,能够有效抑制燃弧,MOSFET单元转移电弧电流能力最强。功率器件损耗接近过渡电阻损耗的5%,以IGBT单元损耗最低。全控器件换流时间较短,因换流点相位存在不确定因素,有承受高压的风险,可考虑用于中性点调压。从经济和安全角度,半控件具有一定优势。