混合式高压直流断路器用IGBT功能模型

混合式高压直流断路器是保障柔性直流电网可靠性的关键装备,其中,绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor, IGBT)是实现断路器分断功能的核心器件,因此其需要具备短时分断超大电流及耐受严苛电压电流应力的能力。为此,建立了一种适用于混合式直流断路器应用工况的IGBT大电流关断功能模型。依据IGBT关断时的外部电压电流特性,研究了关断暂态的电流变化数学规律,以此为基础对PSCAD中的通用IGBT模型进行二次开发,建立了能够反映IGBT关断暂态过程器件电气应力的功能模型。利用所提模型在PSCAD中搭建二极管桥式子模块仿真模型并进行了不同电流等级下的仿真计算,同时搭建了测试试验平台,对提出的功能模型进行试验验证。对比试验结果和仿真结果可以发现:关断暂态电流偏差和尖峰电压偏差均控制在10%以内,证明了所建模型的准确性和有效性。另外,将IGBT功能模型嵌入到混合式高压直流断路器整机仿真电路中,仿真结果较好地反映了断路器ms级的分断过程和μs级的换流过程。研究结果为混合式高压直流断路器的整机精细化建模提供了更为准确的IGBT仿真模型,具有一定的工程实用价值。