自适应IGBT串联均压电路设计

单个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)由于耐压的限制,在节能和改善电网电能质量、柔性直流输电、高压变频器、静止同步补偿器,以及有源滤波器等高压大功率电能变换场合还不能满足需求,而串联使用是一种较好的解决方案。文中提出了一种适用于串联IGBT的自适应动态均压方案,详细分析了其工作原理,并通过仿真和实际电路对其进行了验证。在此基础上研制了一套由4组5只IGBT直接串联桥臂组成的全桥逆变演示系统,串联回路中的每只耐压1 200V的IGBT稳定工作在900V,其电压利用效率达到了75%,具有较高的实用价值。

基于24V电源测试大功率IGBT模块的方法与分析

针对现行大功率IGBT器件测试方法总是基于高压大电流的危险测试环境及较高的费用和要求操作人员较高的技术水平等不足,设计提出一种简单、适用、安全、高效的大功率IGBT模块驱动测试方法,该方法基于24 V电源测试大功率器件,通过向IGBT发送2.5 k Hz、5 k Hz的PWM脉冲测试IPM(智能功率半导体)的耗散电流来确定IGBT是否完好。详细介绍了这种测试仪的总体设计方案、关键功能设计和电路原理解析。开发的新产品具有实际应用价值和广阔的市场前景。

基于CC-Link IE的群组电梯节能控制系统研究

基于IGBT、变频器的工作原理、永磁同步无齿轮曳引机技术及可变频电机四象限运动的特性,应用计算机、工控PC机、PLC、智能变频器以及CC-Link IE现场总线技术等,设计了一套超高层建筑内群组电梯节能控制系统,并应用Con-cept组态软件实现了对群组电梯的状态远程监控。通过试验系统的运行,验证了该系统再生能量回馈的可行性和正确性。

变频器逆变元件IGBT保护环节的设计

变频器的保护环节是保证其安全可靠运行的关键之一．介绍了一种电压型变频器保护环节的设计。

IGBT高压变频器的高压变频控制

就采用保护动态箝压技术的功率器件IGBT直接串联高压变频器的变频控制方案进行研究,应用相对一致论原理,采用动态箝压均压技术,解决了耐高压问题,实现了功率器件串联。

基于ARM架构柔性直流控制保护系统的低链路延时优化设计

基于进阶精简指令集机器(ARM)架构多核处理器芯片设计了柔性直流控制保护系统新一代平台,提出适用于柔性直流输电的4层控制系统通用架构,给出新平台控制保护主机配置方案及功能配置原则。建立换流器高频阻抗简化模型,推导得到负阻尼频率与控制链路延时的数学关系。分析柔性直流控制系统的链路延时构成,提出一种链路复用的在线延时测试方法;基于多核架构与高速接口,研究控制系统的低延时优化方案。最后,在基于实际工程参数的实时仿真系统中,对ARM架构新平台开展了功能和性能测试,并验证了低延时优化方案的有效性。

高频链矩阵变换器直接功率反步控制策略

针对高频链矩阵变换器(HFLMC)电路前后级耦合导致系统动态性能和鲁棒性降低的问题,提出一种基于直接功率的非线性反步控制策略(BS-DPC)。首先,建立HFLMC非线性数学模型和有功、无功功率动态模型,分析双极性电流空间矢量调制策略;然后,在考虑系统不确定性情况下引入2个解耦控制分量,设计直流输出电流和无功功率反步控制器,实现电池不同工况下输出电流参考值的快速跟踪控制;最后,根据李雅普诺夫稳定性理论证明HFLMC闭环系统全局渐进稳定性,并对比传统PI直接功率控制和BS-DPC策略。仿真和实验结果表明,所提BS-DPC策略控制HFLMC提高了输出电流的动态性能和电网波动及直流滤波电感变化下的鲁棒性,响应时间减少了约78%,网侧THD降低了0.98%。

电流差动保护在海上风电低频送出线路中的适应性分析

低频输电技术在中远距离海上风电领域应用潜力巨大。电流差动保护是广泛应用的传统交流保护,面对电力电子型电源时其性能可能受到影响,故有必要研究其在海上风电低频输电系统中的适应性。文中基于故障复合序网推导了直驱风机和模块化多电平矩阵换流器的电源特性对故障电流的影响,理论分析了电流差动保护的适应性。为定量分析保护适应性,提出了基于改进节点方程的故障电气量计算方法,计算给定故障条件下的故障电流和保护判据取值,判断保护动作情况。研究表明,单相接地和两相短路时保护灵敏度降低,甚至可能拒动;两相接地和三相短路时,保护能正常动作。最后,建立PSCAD/EMTDC仿真模型验证了理论分析和计算方法的正确性。

完美无谐波变频器在子午水电站的应用分析

引汉济渭子午水电站是引汉济渭工程的调蓄中枢,电站安装2台抽水蓄能机组和2台常规机组,兼顾发电、抽水两大工况,库区水头变化范围大,运行工况复杂,为满足工程经济性要求,电站设计安装了2台西门子完美无谐波变频器,能够满足低水头下的变频发电和低扬程下的变频抽水,可为类似案例提供借鉴。

一种高频链模块化电力电子变压器

电力电子变压器(PET)包含多级电能变换环节和大量元器件,制约了其效率、功率密度和可靠性的提升。基于模块化多电平矩阵变换器(M3C)的应用,本文提出一种高频链模块化PET电路拓扑。采用矩阵变换的方式可减少电能变换环节,并且所提拓扑可减少高频变压器与子模块的数量,具有体积和重量优势。针对该PET,分析了其工作特性与控制策略设计方法。仿真试验结果表明了所提拓扑及控制方法的可行性。

差动Boost直流变换器型高频环节逆变器

提出并深入研究差动Boost直流变换器型高频环节逆变器的电路拓扑、控制策略、稳态原理特性和关键电路参数设计准则,并给出原理实验结果。这类逆变器是由2个相同的、输出反相低频正弦脉动直流电压的高频电气隔离双向功率流Boost直流变换器以差动电路构成。研究结果表明,这类逆变器具有高频电气隔离、电路拓扑简洁、双向功率流、输入电流纹波小、负载短路时可靠性高、输出容量大等优点,拓宽和丰富了电力电子学高频环节逆变技术理论。

单极性移相控制电压源高频交流环节AC/AC变换器研究

该文首次提出并深入研究了基于正激Forward变换器 的单极性移相控制电压源高频交流环节AC/AC变换器。这类变换器由输入周波变换器、高频变压器、输出周波变换器、以及输入、输出滤波器构成。输入周波变换器将输入不稳定劣质的交流电压调制成双极性三态的高频交流电压,输出周波变换器将此高频交流电压解调成单极性三态SPWM波,经输出滤波后得到稳定优质的正弦交流电压。通过输入周波变换器右桥臂相对左桥臂的移相,让输出周波变换器功率开关在输入周波变换器输出的高频交流电压为零期间进行换流,并借助输出周波变换器换流重叠和输入电压极性选择,从而实现了变压器漏感能量和输出滤波电感电流的自然换流、输出周波变换器的ZVS开关。详细分析了这类交换器在1个高频开关周期内的12个工作模式及其等效电路,获得了变换器外特性曲线与关键电路参数设计准则。原理试验结果证实了这类交换器新概念,为实现新型电子变压器、正弦交流稳压器和交流调压器奠定了基础。

海洋油田测井装置电机驱动供电方式的研究

针对海洋油田测井装置,对其驱动液压泵电机的供电方式进行了研究,比较分析了七种供电方式的优缺点,提出了一种最有应用前途的马达电机供电方式。这种供电方式克服了传统的"调压器加变压器"的海洋油田测井电源方案的诸多缺点,具有体积小、质量轻、电压调节方便、起动电流小、动态响应快、智能化程度高等优点。这种供电方式由多个IGBT功率变换单元组成,经过了多个电压变换环节,实现了从单相AC110V低压至双相AC600～AC1200V中压的变换。该电源装置设计方案新颖、技术先进、性能指标优越,可以在海洋油田测井行业内推广应用。

基于双管反激变换器的全桥式高频交流环节AC/AC变换器研究

提出了以双管反激变换器为基础的全桥式高频交流环节AC/AC变换器拓扑。该拓扑由输入周波变换器、高频储能式变压器、输出周波变换器以及输入、输出滤波器构成，能够将不稳定劣质的交流电变换成同频率稳定的优质正弦交流电压。分析研究了这种变换器的工作模式、稳态原理特性与电压瞬时值反馈控制策略，给出了变换器的外特性曲线以及变换器内阻对外特性的影响、关键电路参数设计准则。理论分析与原理试验表明，这种变换器具有高频电气隔离、电路拓扑简洁、两级功率变换(LFAC/HFAC／LFAC)、双向功率流、网侧功率因数较高、负载适应能力强、音频噪音小、负载短路时可靠性高、适合于高压输入小功率变换场合等特点。

新颖的单级双向反激式高频环节逆变器

提出单级双向反激式高频环节逆变器电路拓扑及其Buck型有源箝位电路,并对这种逆变器的电路拓扑、电压瞬时值反馈控制策略、稳态原理特性、Buck型有源箝位电路和关键电路参数设计准则等进行深入的分析研究。这种逆变器电路拓扑是由输出低频正、负半周的单极性脉宽调制电流波且共用输入、输出滤波器的两个相同的双向Flyback直流变换器以输入端并联、输出端反向串联构成。采用所提出的电路拓扑,设计并研制成功的750 VA 48 VDC/220 V 50 Hz AC逆变器样机具有电路拓扑简洁、单级功率变换、变换效率高、控制简单、有源箝位性能良好等优良性能。

基于故障负序分量的低频变压器快速差动保护

低频变压器是低频输电系统的核心器件之一。实验表明低频系统的故障暂态过程多变,低频变压器的短路电气量特征与常规变压器有较大差异。由于励磁涌流判据开放速度缓慢,低频变压器发生区内故障时常规纵差保护的速动性受到影响。文中提出了基于故障负序分量方向原理的低频变压器快速差动保护。首先,分析了模块化多电平矩阵变换器(M3C)低频输电系统的变压器区内故障特性以及M3C换频器响应情况;其次,分析了负序计算的数值方法对负序差动影响,并通过分析低频系统故障初期的窗口时间内的负序特征,提出了故障负序分量方向的判别方法;进一步,讨论了该方法在变压器非正常工况下对励磁涌流如何区分判别。最后,以实际工程为例建立仿真模型,针对典型区内故障对所提方法进行了仿真验证。

差动正激直流变换器型高频环节逆变器

提出差动正激直流变换器型高频环节逆变器电路拓扑,并对该变换器的电路拓扑、瞬时电压控制策略、稳态原理特性、关键电路参数设计准则等进行了深入地分析研究。该逆变器是由2个相同的、输出反相低频正弦脉动直流电压的高频电气隔离双向功率流正激直流变换器以差动电路构成。理论分析和仿真结果表明,该变换器具有高频电气隔离、电路拓扑简洁、双向功率流、输出电压纹波小、负载适应能力强等优点。原理实验证实了这种逆变器的正确性与可行性,为实现新型逆变电源奠定了关键技术基础。

高压大功率开关磁阻电机功率变换器设计

为减少大功率电机工作时的线路损耗,减小导线线径,中高压供电系统被广泛使用,开发中高压开关磁阻电机调速系统非常迫切,因此设计了交流输入1140V、三相12/8极、额定功率280kW开关磁阻电机的功率变换器。12只耐压为2000V的整流二极管构成了整流电路,25只4700μF/450V大容量滤波电容先并联再串联构成滤波电路,和滤波电容并联的均压电阻可确保5组串联电容上的电压均衡。开关磁阻电机功率电路采用不对称半桥电路,主开关器件选用3300V高压IGBT模块,驱动采用Concept公司生产的高压IGBT驱动模块2SD315AI-33。通过设置不同的栅极开通电阻RGon和栅极关断电阻RGoff,可分别控制开通损耗和关断损耗,以及di/dt、du/dt;通过监测集电极电压实现IGBT的短路保护;最后,给出了空载情况时两种不同导通角下的实测绕组电流波形。自系统投入运行两年多来,性能稳定可靠,没有出过大的故障。

具有变频器的矿井低压漏电保护研究

为了解决移动变电站低压侧为变频器供电时漏电保护装置误动的问题,提出了基于傅式算法的附加直流原理漏电保护新方法。通过理论分析和MATLAB/Simulink仿真,研究了具有变频器的矿井低压供电系统附加直流原理漏电保护,提出由傅式算法分解出采样电压直流分量以反映电缆绝缘水平的保护方法;同时分析了其他因素对直流分量的影响。研究结果表明:变频器对传统附加直流保护整定值有较大影响,易造成漏电保护装置误动且无法实现电缆的在线绝缘监测;所提出的直流分量法能准确测量电缆对地绝缘电阻,且可消除电缆分布电容、变频器载波频率、变频器输出频率等其他因素的干扰;采用该漏电保护方法,可承受变频器投入时对采样电压造成的较大冲击,不必在启动期间解除漏电保护装置,能够消除在此期间存在的人身触电安全隐患。

优良综合性能的正激式高频环节交-交变换器

新颖的正激式高频环节交-交变换器,是实现新型电子变压器、正弦交流稳压器和交流调压器的关键技术基础,其电路结构由输入周波变换器、高频变压器、输出周波变换器以及输入、输出滤波器构成,能够将一种不稳定的劣质交流电变换成另一种稳定、优质的同频交流电,具有高频电气隔离、拓扑简洁、两级功率变换(LFAC-HFAC-LFAC)、双向功率流等优点。研究了该类变换器的电路结构与拓扑、控制策略,给出了关键电路参数设计准则。设计并研制成功的1kVA220V±10%50HzAC/110V50HzAC正激式高频环节交-交变换器工程样机表明,该类变换器具有输出波形质量高、变换效率高、功率密度高、网侧功率因数高、负载适应和过载能力强、音频噪音低、体积重量小等优良的综合性能。