换流阀用与直流断路器用压接型IGBT器件差异分析

压接型IGBT器件以其耐受电压高、电流密度大、控制功率低、开关速度快以及双面散热等优势成为柔性直流输电系统中换流阀和直流断路器选用的理想器件。由于应用装备的差异,换流阀和直流断路器对于压接型IGBT器件分别提出了低通态压降和高短路关断能力的要求。分析了换流阀用压接型IGBT器件和直流断路器用压接型IGBT器件外部和内部电流、电压、温度和压力的差异,总结了两种器件应用过程中可能存在的主要失效原因,提出了封装设计中需要重点考虑的技术问题。

基于压接型IGBT器件的柔直换流阀功率模块多物理场耦合仿真分析

随着柔性直流输电技术的快速发展,压接型IGBT器件由于具有双面散热、功率循环能力强等优点,被越来越多的应用在高压大容量柔直换流阀领域。作为柔性直流输电换流阀的核心设备,基于压接型IGBT器件的功率模块是一个集电磁场、温度场和结构场相互耦合的复杂多物理场环境,在运行时会受到电、磁、热、力等多个物理场的相互作用,其内部强大的交变电磁场使机箱、铜排、硅堆等结构件产生涡流和电磁力,涡流发热和器件损耗发热使得功率模块在运行中温度上升,影响其工作可靠性。且压接型IGBT器件内部均为多芯片并联结构,必须保证各芯片结构均匀受力、均匀通流、均匀散热,对压装结构要求比较高。因此,须综合考虑涡流、器件损耗、水冷却以及电磁力、热应力、机械应力等因素对压接型IGBT器件功率模块的影响。文中结合Ansys有限元分析软件,提出了一种基于压接型IGBT器件的柔直换流阀功率模块的多物理场耦合仿真分析方法。首先通过构建多物理场耦合关系数学模型,分析电磁、热、力等多物理场的耦合关系。其次针对换流阀功率模块,分别开展了电磁一热一流体和电磁一热一力多物理场耦合分析,得到功率模块运行时的损耗、温度、电磁力、热应力、总体应力和形变量等。最后,将电磁一流体一温度耦合结果与功率模块试验结果进行了对比验证,证明文中换流阀功率模块的多物理场耦合分析方法可以指导换流阀功率模块的设计。

柔直换流阀用压接式IGBT器件物理场建模及内部压强分析

压接式IGBT器件是柔性直流换流阀的核心,器件内部压强分布直接影响器件及系统可靠性,而内部压强又受各种材料及复合应力相互耦合作用,针对不同应力耦合效果及其对内部压强的影响,进行压接式IGBT器件物理场模型仿真以及器件内部最大压强分布趋势的研究。首先,基于3.3 kV/50 A压接式IGBT器件实际结构,建立了多物理场模型,分析了机械、机-热和机-热-电不同耦合模型下器件内部压强分布的差异,并获取了器件承受内部最大压强的薄弱环节及各种内部应力作用的耦合效果。然后,基于机-热-电耦合模型,分析了不同环境温度、外部压力、导通电流对压接式IGBT器件内部薄弱层最大压强及性能的影响。最后,建立了压接式IGBT器件功率循环平台,通过恒导通工况和功率循环实验验证了机-热-电耦合模型的有效性和薄弱层分析的合理性。研究结果表明,机-热-电耦合模型能更好地表征压接式IGBT器件多应力耦合作用效果,内部最大压强的薄弱环节为IGBT芯片与发射极钼层间,且内部最大压强随环境温度、外加压力和导通电流的增加而增加。

柔性直流输电换流阀IGBT阀段压接工艺研究

柔性直流输电系统中,换流阀IGBT阀段因制造流程长、工序多、制造技术复杂、涉及难度太高,成为制约我国柔性直流输电事业发展的瓶颈。分析了目前换流阀IGBT阀段手动压接过程存在的问题,提出了IGBT阀段自动压接工装的工艺改进方案,阐述了阀段压接工装设计原理、阀段自动压接工艺要点、压接工艺流程以及手动及自动阀段压接各项指标的对比,分析了使用阀段压接工装后产生的经济效益、社会效益。通过长达一年的生产实践,充分证明了该工艺改进方案的有效性。

压接型IGBT器件内部杂散电感差异对瞬态电流分布影响规律研究

压接型IGBT器件内部多颗芯片的并联连接是提高其电流等级的重要手段。然而,IGBT芯片之间的瞬态电流不均衡是限制其电流提升的主要原因之一。研究压接型IGBT器件内部的瞬态电流分布规律对于规模化IGBT并联封装设计具有重要意义。该文首先通过有限元软件提取了压接型IGBT器件内部的栅极、集电极和发射极的杂散电感,得到三个杂散电感随IGBT芯片不同位置的变化规律;其次对三个杂散电感差异下的电流分布进行了理论分析,发现电流分布主要受到功率回路和驱动回路的公共支路上杂散电感的影响;同时分别对开通和关断过程中IGBT芯片内部的载流子变化过程进行分析,发现发射极杂散电感差异主要影响开通过程的电流不均衡;然后针对三个杂散电感差异分别进行电路仿真,得到杂散电感差异对电流分布的影响规律,仿真结果验证了理论分析的有效性;最后建立了两芯片的并联均流双脉冲实验平台,平台能够调节两支路之间的杂散电感差异,实验结果进一步验证了该文理论分析的有效性。

大容量全控型压接式IGBT和IGCT器件对比分析:原理、结构、特性和应用

全控型压接式器件是大容量电力电子装备实现功率转换的核心,主要包括以集成门极换流晶闸管(integratedgate commutatedthyristor,IGCT)为代表的晶闸管类器件和以绝缘栅型双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)、注入增强栅极晶体管(injection enhanced gate transistor,IEGT)为代表的晶体管类器件。文中首先介绍并比较IGCT与IGBT(含IEGT)的芯片结构及制作工艺,然后分析对比IGCT与IGBT(含IEGT)的工作原理及封装形式。接着从工作频率、关断能力、动态耐受、器件容量、工作损耗、驱动功率、管壳防爆特性、失效短路特性、器件可靠性等9个角度出发,系统性分析不同全控型压接式器件的工作特性,最后对其应用现状及前景进行概述及展望。

国网智能研究院成功研制国内首例串联型换流阀

6月11日,由国网智能电网研究院研制的基于压接型IGBT的串联型电压源换流阀稳定运行在±10 kV电压水平,开关频率1050 Hz,系统工作性能良好,试验成功,标志着该单位成为世界第二家掌握压接型IGBT串联型换流器关键技术、世界第一家全面掌握MMC型和串联型换流器关键技术的研究机构。面对前所未有的技术挑战与风险,经过多年的努力,国网智研院电力电子研究所科研团队凭借扎实的理论功底和丰富的工程经验努力摸索,大胆创新,

国网智能研究院成功研制国内首例串联型换流阀

6月11日晚17：36分,由国网智能电网研究院研制的基于压接型IGBT的串联型电压源换流阀稳定运行在±10千伏电压水平,开关频率1050赫兹,系统工作性能良好,试验成功,标志着该单位成为世界第二家掌握压接型IGBT串联型换流器关键技术、世界第一家全面掌握MMC型和串联型换流器关键技术的研究机构。

国网智能研究院成功研制国内首例串联型换流阀

6月11日晚17：36分,由国网智能电网研究院研制的基于压接型IGBT的串联型电压源换流阀稳定运行在±10千伏电压水平,开关频率1050赫兹,系统工作性能良好,试验成功,标志着该单位成为世界第二家掌握压接型IGBT串联型换流器关键技术、世界第一家全面掌握MMC型和串联型换流器关键技术的研究机构。

IGBT串联的新型自适应均压控制技术研究

针对目前自适应均压电路参考电压波形不易生成且通用性差的现状,提出一种自动生成参考电压波形的自适应均压法,该方法无需提前设置参考电压波形,通用性强,操作方便,具有良好的应用前景。利用Saber软件对自适应均压法进行仿真验证,结果表明自适应均压法具有良好的均压效果,在此基础上,基于压接型IGBT串联型换流阀对自适应均压电路进行试验验证,验证自适应均压电路的有效性与可行性。