隐重启动精化Arnoldi缩减金属导体部分单元等效电路模型

针对金属导体部分单元等效电路模型渐进波形估计缩减方法的数值病态和普通Arnoldi缩减算法受初值选择影响和收敛性复杂的问题,提出了基于隐重启动精化Arnoldi算法的金属导体PEEC模型缩减方法。将主导极点的抽取转化为主导特征值的抽取。对系统主导特征值精化,并通过重启动抑制非主导特征值。在此基础上,对所建立的金属导体模型进行简化,给出了简化后不同支路的电阻和电感值。通过分析和算例对比证明了算法的有效性。通过对一毫米级导体阻抗频率特性进行仿真和试验对比验证了算法的正确性。仿真阻抗幅频特性最大误差为4.1%,相频特性最大误差为2.7%。算法可有效克服传统模型缩减算法只能提取有限缩减支路和缩减支路较少时提取极点质量不高的不足,提高了工程应用价值。

基于部分电感模型的回路耦合干扰分析

电力电子系统中回路之间的电磁场耦合是电磁干扰主要传播方式之一,为了准确预测系统级的电磁干扰,需要对回路耦合干扰进行定量计算。基于部分单元等效电路(partial element equivalent circuit,PEEC)的部分电感理论,建立了典型电力电子系统回路耦合电磁干扰的模型,主要包括导线之间空间磁场形成的互感耦合和接地回路之间共地阻抗耦合的模型。在实验室中构建了物理对象研究平台,分别对差模电流和共模电流产生的回路耦合干扰进行了测试,实验结果与计算结果对比证明了方法的正确性。

基于完备集合思想的多导体部分电感计算方法

随着串联电容器补偿技术在中国电网的广泛应用,迫切要求对影响其运行可靠性的快速暂态过程进行研究,以采取必要的防范措施。为了适应对串补装置中多导体系统应用部分单元等效电路(partial element equivalent circuit,PEEC)方法建模的要求,对复杂多导体系统的部分电感矩阵提取方法进行了研究。构建了一个能够描述任意空间导体元段对位置关系的完备集合,针对集合中每一种位置关系元素采用特定的解析公式,设计出一种可用于复杂多导体系统部分电感工程计算的通用方法。实验表明,所编制的计算程序(LPCal)的计算精度可以满足快速暂态过电压工程计算的要求。

压装组件中圆柱形母线的部分电感计算方法

在大功率变换器、高压直流断路器等含有电力电子器件的设备中,大尺寸圆柱形压接母线与平板压装型器件配合使用的现象普遍存在。开关器件通断过程中,母线杂散电感的存在会造成强烈的电磁干扰,因此对母线杂散电感的准确提取进而对其结构进行优化配置是设备电磁兼容设计中必不可少的环节。该文针对压装组件中的圆柱形母线导体,基于部分单元等效电路理论提出了一种通用的部分电感计算方法。该方法采用圆环单元进行剖分,考虑了圆形截面导体的中心对称特性,与传统矩形和三角形剖分方法相比,计算结果更为准确且可有效提高计算效率。此外,现有的基于圆环单元剖分的计算方法仅适用于导体的长度大于横截面直径的情况,而文中所提方法不存在任何限制条件,具有普遍适用性。结合典型算例并通过与几种现有计算方法对比,验证了所提计算方法在准确性和计算效率方面存在的优势。

基于PEEC模型分析的H桥单元直流母线的改进设计

以广泛用于高压大容量功率变换的H桥单元逆变器为研究对象,将其直流母线改进为层叠母排结构,基于部分单元等效电路(PEEC)的方法建立了改进前、后母线的等效电路。对母线PEEC模型的等效参数进行分析表明,改进后母线的等效电感与等效电阻下降了一个数量级,而正负母线之间的等效电容增加了100倍以上。计及直流滤波电容组参数的电路仿真表明,在同样的开关暂态电流激励下,母线结构改进后,暂态电压的上升率和峰值比改进前减小了50%以上。试验与仿真结果符合较好,证明了改进是有效的。

串补装置中快速暂态过程的建模与时域求解

为了对间隙放电在串补平台设备上造成的快速暂态过电压进行评估,以部分单元等效电路(partial elementequivalent circuit,PEEC)为基础,提出了含有集中元件支路的考虑全部段间电磁耦合的复杂多导体系统建模方法。此外还对含有非线性元件的复杂多导体系统状态方程的时域求解方法进行了深入研究。典型算例下与EMTP计算结果的对比表明,该文采用的方法计算结果准确,此外与传统方法相比对于紧密耦合的复杂多导体系统(如串补装置)电磁暂态过程的仿真具有更好的适用性。

一种用于功率半导体模块动态特性建模的封装寄生参数高效提取方法

随着弧焊逆变电源向高频和高功率密度发展,更高电压及电流的变化率使寄生参数的影响更加突出。为解决系统设计者在缺乏芯片的工艺和电参数条件下建立功率半导体模块模型的普遍问题,推出一种高效实用的封装寄生参数提取方法——基于部分单元等效电路PEEC原理拆分互连导体,筛选出几何同构的一个单元,运用ANSYSQ3D进行准静态电磁场的数值计算,提取寄生电感电阻参数矩阵,合并与约减等效电路,构建包含封装寄生电感电阻电容的完整模块模型。以SKM200GB125DIGBT模块为例给出了模型参数,运用双脉冲测试法对开关特性进行实测和仿真,仿真波形与实测对比证实了模型的准确性与建模方法的有效性。

背靠背三电平共层叠母排IGBT耦合过压分析

电磁瞬态过程是大容量电力电子系统设计和分析的关键。对于单个逆变器,某一时刻只能存在一种换流暂态过程。当多个逆变器在同一个母排上时,会存在一定的电磁耦合影响,对功率器件的安全运行造成一定的影响。以背靠背二极管中点箝位(DNPC)三电平共层叠母排为研究对象,采用部分单元等效电路(PEEC)方法,建立了母排的等效电路。首次分析了整流器和逆变器两回路功率器件的过压耦合问题。实验验证了分析的正确性,对于背靠背多逆变器共用母排的设计及IGBT可靠性分析具有一定的理论指导意义。

高压IGBT串联变换器直流母排设计与杂散参数分析

高压IGBT串联是提高大容量变换器电压等级和容量的有效手段之一,但器件串联带来的复杂机械结构为母排设计与杂散参数建模分析带来巨大的困难,常规的部分单元等效电路(PEEC)方法直接用于该领域难以保证准确性。该文提出了一种应用于提取大尺寸复杂结构母排杂散参数的改进的PEEC方法和结构设计准则,采用分块计算方式建立了母排杂散参数模型。在实际的4.5kV/600A高压IGBT串联试验平台上进行了系列高压大电流试验,在剔除换流二极管正向特性影响的条件下,对比实验和仿真结果分析了母排杂散参数对器件暂态的影响,证明了该方法的准确性与实用性。该设计方法降低了杂散参数,提升了变换器运行的可靠性,并为主动控制创造了有利条件。

大容量变流器复杂形状直流母线的PEEC建模

为了探讨建立大容量变流器直流母线高频等效电路的方法,针对一台广泛应用于高压大容量变流器的H桥功率单元,对其大尺寸直流母线的复杂结构进行简化,并基于部分单元等效电路(PEEC)的方法建立了简化后母线模型的考虑杂散参数的等效电路。以实测的H桥单元的桥臂暂态电压作为激励,对等效电路进行仿真,直流母线的仿真电流与实验波形符合较好,说明母线的高频等效电路比较准确,对复杂母线进行简化的方法是合理的。用PEEC方法建立大尺寸连接导体等效电路的方法是可行和有效的。

局放脉冲在电机绕组及SSC中传播特性的实验

为了全面了解局部放电脉冲在电机定子绕组及检测传感器中的传播特性,在应用部分单元等效电路(partia le lem en t equ iva len t c ircu it,PEEC)模型分析定子槽耦合器(stator slot coup ler,SSC)与绕组线棒耦合通道特性的基础上,对一台模拟实验电机的定子绕组进行了系统的实验研究。得到了单个线圈及其端部的传播通道频率特性、一相绕组传播通道频率特性和相间耦合的频率特性,并在一相绕组的不同位置放入SSC,时域下分析了各个传感器对脉冲信号的耦合结果。所得到的规律可为分析电机定子绕组局部放电特征及其检测提供有效的指导。