SiC MOSFET短路特性及过流保护研究

为了提高电力电子装置中SiC MOSFET可靠性,对SiC MOSFET短路特性和过流保护进行研究。首先在不同的母线电压和环境温度下,对处于短路状态的SiC MOSFET的电流IDS和导通压降VDS(ON)进行测量和分析,在此基础上设计基于VDS(ON)检测的过流保护电路,比较两种消隐电路对保护的影响,实验证明,在消隐电路工作时,较大的充电电流可有效缩短保护时间,但电路功率消耗较大。针对半桥直通短路,根据SiC MOSFET的工作特性,提出一种基于门极电压VGS检测的直通短路保护方法,将半桥两只SiC MOSFET的VGS电压于门极阈值电压比较,如果同时超过阈值电压,可判断发生直通短路,实验表明,提出的保护方法具有保护时间快,短路电流小的特点,与VDS(ON)检测的过流保护电路配合,可以有效地保护SiC MOSFET。

SiC MOSFET短路特性

为确保碳化硅(SiC)功率器件在过载、短路等工况下能安全可靠地工作,必须充分认识SiC器件的短路机理。首先对SiC MOSFET硬开关短路故障下短路电流原理进行了分析,在此基础上对不同电路参数对SiC MOSFET短路特性的影响进行了对比分析,揭示了短路特性的关键影响因素,并对Si与SiC MOSFET短路能力和器件恶化机理进行了对比分析,从而为设计SiC MOSFET短路保护电路提供一定的指导。

异步风力发电机等值及其短路特性研究

研究了风电场联络线路接地故障时风电场提供的短路电流,从理论上分析了影响风电机组短路特性的主要因素。结合风电场风电机组的布置、接线情况将风电场等值为多台风电机组,利用Jensen模型计算等值风速,并以张家口某风电场为算例,验证了上述等值方法的合理性。针对风电场典型运行方式,以PSCAD/EMTDC为平台仿真研究了风电场投入运行的机组数、输出有功功率,故障类型、故障点对故障特性的影响,仿真结果与理论分析相吻合。

双馈风电机组短路特性及对保护整定的影响

风电场运行方式多变,对保护整定提出了新的要求。短路特性是保护配置的前提和依据。针对双馈风电机组,讨论了其数学模型和电磁暂态过程;建立了风电场联络线接地故障时,风电场提供的短路电流以及电流保护整定的表达式,对影响风电场故障特性和保护配置的主要因素进行了分析。参照实际风电场运行情况,以PSCAD/EMTDC为平台建立了风电场并网运行的仿真模型,研究了控制策略、风电场投入系统容量、机组类型对故障特性和保护整定的影响。仿真结果与理论分析相吻合,表明风电场保护整定应综合考虑上述影响因素,以提高风电场继电保护动作的有效性和可靠性。

大容量蓄电池组的数学建模及短路特性研究

长期以来,对大容量铅酸蓄电池组的数学模型及其短路特性是非常难以得到的。采用对大容量铅酸蓄电池组进行突加扰动的试验方法,通过测量动态电压和电流上升率以及稳态电量,得到了大容量铅酸蓄电池组的基本数学模型及参数,并通过对初始电流和电压的振荡过程分析,进一步完善了蓄电池组的数学模型。

船用磷酸铁锂电池动力系统短路特性研究

文章主要描述船用磷酸铁锂电池动力系统的系统组成、原理及其短路特性,详细分析磷酸铁锂电池的PNGV模型、直流滤波器选型计算和直流变换器的工作原理。通过HPPC测试获取磷酸铁锂电池的PNGV模型参数,根据直流变换器的纹波特性选择其最优工作区域。最后从系统特性出发,分析磷酸铁锂电池动力系统短路的等效电路,针对电池侧和直流电网侧的短路情况进行深入研究,并通过MATLAB/Simulink平台仿真验证了理论分析的正确性。

艇用大容量铅酸电池短路特性测试与分析

采用实艇电池和电力电缆搭建实验系统,模拟电池供电系统线路短路故障。调节电池数量、容量和系统连接形式,组合成不同模式,通过霍尔传感器测量故障电流和电压,得到实验波形,得出电池容量、串联电池数量和输电电缆并联数量对系统短路电流的影响。在短路电流计算中,不能将电池组视作无穷大电源,短路电流峰值、时间常数受到电池数量、电池荷电态(SOC)及输电线路敷设方式的影响。

SiC MOSFET的短路特性

以SiC MOSFET为代表的功率器件的驱动及保护技术长期被国外垄断,国内对SiC MOSFET的驱动保护技术研究较少。SiC MOSFET栅极氧化层薄、短路耐量小,由于高频开关特性,其对回路寄生参数的影响更加敏感,桥臂结构应用时更易因串扰而引起误导通,因此快速检测并可靠关断的短路保护技术显得尤为重要。设计了基于FPGA的数字式SiC MOSFET驱动保护电路,实现了短路保护盲区时间易于调整。搭建了第一类短路测试平台并对SiC MOSFET进行了短路测试,分析了漏源极电压退饱和保护及短路测试平台原理,在此基础上研究了栅极电阻、栅源极电压等外部参数对SiC MOSFET短路特性的影响,为SiC MOSFET器件的应用及驱动器的设计提供了一定的指导。

异步风电机组的短路特性仿真研究

以PSCAD/EMTDC为平台建立了仿真模型,分析了以恒速异步风力发电机组为主的风电场并网运行的不同故障情况下的短路特性。仿真结果表明,影响短路特性的主要因素有故障类型、故障点、控制策略、风速等。因此,应针对风电场不同的短路特性采取相应的保护措施,以提高电网的稳定性。

基于PSCAD/EMTDC并网异步风电场短路特性的仿真分析

由于风速和风向的变化具有随机性、间歇性,风机组的输出功率与风速的3次方成正比,因此风力发电机输出功率的短周期变化比较明显,风机的运行方式多变,不同情况下故障时的短路特性也相差很大。针对异步风电场建立了风电场联络线路接地故障时,风电场提供的短路电流各序分量表达式,分析了影响风电场故障特性的主要因素,并以PSCAD/EMTDC为平台建立并网风电场的动态仿真模型,仿真分析了风电场投入机组数、风速、故障类型、电抗与电阻之比对故障特性的影响,仿真结果与理论分析一致。

并网异步风电场短路特性的仿真分析

风速的随机性与间隙性使风电场经常处于不同的运行方式,合理的保护配置是保证风电场及接入系统稳定运行的卫士。短路特性是保护配置的前提和依据,针对恒速异步风力发电机组,讨论了其数学模型,分析了异步机组的电磁暂态过程,建立了风电场联络线路接地故障时,风电场提供的短路电流各序分量表达式,对影响风电场故障特性的主要因素进行了分析,并以PSCAD/EMTDC为平台建立风电场并网运行的仿真模型,研究了风电场投入系统容量、风速、故障类型、X/R对故障特性的影响,仿真结果与理论分析相吻合。研究结果表明风电场继电保护整定时应考虑这些影响因素,以提高风电场继电保护动作的有效性和可靠性。

SiC功率开关管短路特性分析及保护综述

为保证碳化硅(SiC)功率器件安全可靠工作,其中一个关键性问题就是功率器件的短路能力。介绍两种短路故障,分析了短路电流变化机理,对3种典型商用SiC功率开关管(SiC MOSFET、SiC JFET和SiC BJT)的短路特性进行了对比分析,并对它们的短路检测及保护方法进行了对比分析和归纳,最后进一步探讨和总结了SiC开关管短路能力及短路保护中存在的问题。

内透明集电极IGBT短路特性研究

内透明集电极(Internal Transparent Collector,简称ITC)绝缘栅双极晶体管(IGBT)是新一类IGBT,其特点是在传统穿通型(PT)IGBT结构基础上,在集电区近集电结附近引入一局域载流子寿命控制(LCLC)区,从物理上"屏蔽"厚衬底中空穴的注入,使集电区范围变窄、集电区少子有效扩散长度减小,器件集电区由非透明变成内透明。本论文针对600V平面栅ITC IGBT的短路特性进行仿真研究,重点讨论LCLC区的位置及LCLC区内载流子寿命对器件短路的影响。结果显示,对一定的载流子寿命,随着LCLC区距集电结距离减小,器件短路性能增强;而对固定的LCLC区位置,随着LCLC区内载流子寿命降低,器件短路性能进一步改善。所有这些最终都可以归结于背发射极效率的影响。

高压电缆牵引网短路特性分析

为研究一种电气化铁路高压电缆牵引网电缆短路特性,在充分考虑电缆弗兰梯效应的基础上,建立了电缆短路运行的5种基本支路,并对其电压、电流特性进行分析。采用支路分析法对主变二次侧绕组中点接地系统单相接地模型、主变绕组中点不接地系统单相接地模型和主变绕组中点不接地系统两相短路模型的电气特性进行了分析,并利用Matlab/Simulink仿真平台对分析结果进行验证。仿真结果表明,支路分析法用于高压电缆牵引网的短路特性分析是有效的,主变绕组中点接地与否会影响电缆的绝缘电压等级。

650V eGaN HEMT短路特性研究

增强型GaN HEMT(eGaN HEMT)可以大幅提升变换器的效率和功率密度,具有广泛的应用前景。但实际应用中由桥臂串扰引起的误导通,以及负载侧短路等都会导致eGaN HEMT流过较大的电流。因此,为了确保eGaN HEMT在过载、短路等工况下安全可靠工作,必须深入探究eGaN HEMT的短路工作原理以及电路参数对其短路特性的影响。本文首先建立了硬开关模式下的短路测试平台对eGaN HEMT的短路过程进行了研究,并利用eGaN HEMT热网络模型,分析了其短路过程中结温变化情况,进一步地探究了不同结温对其短路特性的影响。在此基础上对不同电路参数对eGaN HEMT短路特性的影响进行研究和对比,揭示了影响eGaN HEMT短路特性关键因素,为e GaN HEMT短路保护设计提供了一定的指导。

光伏逆变器短路特性分析

通过理论分析、故障仿真和试验等方法,系统研究了光伏逆变器的故障特性。阐述光伏逆变器的拓扑结构和双环控制原理,建立光伏发电系统的仿真模型。仿真不同短路故障时光伏逆变器的输出特征,分析影响光伏逆变器输出特征的主要因素,给出了某光伏逆变器的试验数据。研究表明,与传统同步电机电源相比,光伏电源馈出的短路电流在其基本组成、衰减速率以及幅值特征等方面均存在较大差异,将对微网保护性能带来直接影响。

永磁直驱风电机组短路特性仿真研究

由于风电机组不同于常规同步发电机，其发生故障时的暂态特性与同步电机有很大不同。本文以酒泉风电基地为背景，分析了其主力机组之一的直驱风电机组的特点；建立了该机组的并网模型，并进行了机组出口、风电场内集电线路、风电场并网线路故障的仿真，分别得出了其短路特性，最后提出了进一步研究的问题。

内透明集电极IGBT开关特性及短路特性仿真研究

针对内透明集电极(internal transparent collector,ITC)绝缘栅双极型晶体管(insulated-gate bipolar transistor,IGBT)结构的短路特性进行数值模拟研究,通过模拟仿真明确了缓冲层掺杂浓度、局域载流子寿命控制区位置及局域载流子寿命参数对ITC-IGBT的导通特性、开关特性、短路特性的影响。通过优化折中器件的缓冲层掺杂浓度、局域寿命控制区寿命参数和局域寿命控制区位置的关系,在器件特性满足要求的同时,改善器件的抗短路能力。文章最后给出一种可供参考的具有良好抗短路能力的IGBT器件设计方法,确定了缓冲层浓度的最低值和局域载流子寿命最大值,明确了局域寿命控制的合理范围。

计及直流短路特性的单相故障换相失败免疫指标

对电力系统最常见的单相故障,提出单相故障本地换相失败免疫指标和多馈入系统的换相失败免疫指标。在计算接地阻抗和短路电压的关系时,针对阻抗法未考虑直流系统短路特性的不足进行分析,提出基于交直流潮流的多馈入系统短路电压计算方法,以更加精确地得到临界阻抗。基于CIGRE-benchmark模型构建了三馈入系统,通过时域仿真结果、阻抗法计算结果和文中结果的对比,证明了所提算法的有效性和先进性。

干式变压器长圆形绕组短路特性的数值分析

针对长圆形绕组干式变压器设计时的抗短路能力问题,对短路情况下的绕组漏磁场、短路阻抗和峰值短路电流下的短路机械性能进行了数值分析。