VSC-HVDC系統(tǒng)中IGBT串聯(lián)組件關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、基于電壓源變換器的柔性直流輸電技術(shù)(VSC-HVDC)以有功和無(wú)功功率可獨(dú)立控制、無(wú)需額外濾波設(shè)備、經(jīng)濟(jì)節(jié)能、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)勢(shì)而備受關(guān)注。同時(shí),VSC-HVDC作為風(fēng)場(chǎng)等間歇性波動(dòng)功率并網(wǎng)發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù),促進(jìn)著分布式可再生能源并網(wǎng)發(fā)電的規(guī)模化應(yīng)用。IGBT器件的耐壓瓶頸限制著換流器的使用,本文著眼于VSC-HVDC在中高壓配電網(wǎng)應(yīng)用中采用IGBT器件直接串聯(lián)的組件結(jié)構(gòu)時(shí)的關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題,重點(diǎn)研究IGBT串聯(lián)組件的均壓保護(hù)、失效器件檢測(cè)以及

2、在電壓源換流器應(yīng)用中的相關(guān)問(wèn)題,旨在為VSC-HVDC系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用提供理論支持和技術(shù)參考。本研究主要內(nèi)容包括：
　?、沤⒘薎GBT器件的門極驅(qū)動(dòng)模型,并借助于此模型定量分析了串聯(lián)IGBT器件電壓分布情況。提出了一種IGBT器件門極串入均衡變壓器均壓與吸收電路結(jié)合的復(fù)合均壓方法,建立了串聯(lián)組件中均衡變壓器的等值模型,提出了均衡變壓器的參數(shù)設(shè)計(jì)方法,并利用瞬態(tài)電壓抑制器減緩變壓器漏感引起的器件門極過(guò)電壓。構(gòu)建了復(fù)合均壓方法的仿真及實(shí)

3、驗(yàn)系統(tǒng),結(jié)果表明,門極均衡核僅能抑制驅(qū)動(dòng)信號(hào)差異引起的分壓不均衡,實(shí)際應(yīng)用須與吸收電路結(jié)合構(gòu)成復(fù)合均壓方案,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了復(fù)合均壓方法及其參數(shù)設(shè)計(jì)正確。
　　⑵研究了一種利用阻容元件箝位過(guò)電壓的門極有源均壓方法,分析了門極 RCD有源均壓的工作機(jī)理,建立了均壓電路在不同工作階段的等效電路以明晰各個(gè)均壓元件作用,提出了滿足均壓指標(biāo)的電路參數(shù)設(shè)計(jì)方法。開發(fā)設(shè)計(jì)了IGBT串聯(lián)組件的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用提出的均壓參數(shù)設(shè)計(jì)方法,門極

4、有源均壓電路在驅(qū)動(dòng)信號(hào)同步或延時(shí)情況下均具有顯著的均壓效果。研究了該串聯(lián)組件應(yīng)用于五段式 SVPWM電壓源換流器時(shí)的橋臂直通問(wèn)題,指出了IGBT均壓箝位電容電壓突增是導(dǎo)致?lián)Q流器橋臂短路的原因,從電路運(yùn)行工況下IGBT導(dǎo)通時(shí)間角度完善了均壓電路的參數(shù)設(shè)計(jì),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明均壓參數(shù)改善后可消除這種橋臂直通的故障現(xiàn)象。
　?、茄芯苛耸GBT器件引起整個(gè)串聯(lián)組件故障問(wèn)題,提出了IGBT器件失效故障的檢測(cè)方法及故障恢復(fù)策略。利用驅(qū)動(dòng)電路監(jiān)測(cè)

5、組件內(nèi)IGBT器件運(yùn)行狀態(tài),依據(jù)反饋的狀態(tài)邏輯對(duì)器件的故障類型進(jìn)行辨識(shí)、定位,設(shè)計(jì)了在串聯(lián)組件保持阻斷時(shí)吸合旁路開關(guān)的無(wú)沖擊故障恢復(fù)策略。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,構(gòu)建的串聯(lián)組件監(jiān)控系統(tǒng)能夠辨識(shí)組件中失效IGBT器件,且能使故障的組件可靠恢復(fù)至正常開關(guān)功能,驗(yàn)證了失效器件檢測(cè)方法和組件故障恢復(fù)策略的正確性。
　?、妊兄屏艘惶妆晨勘车腣SC-HVDC實(shí)驗(yàn)樣機(jī),設(shè)計(jì)了VSC-HVDC系統(tǒng)主回路的電氣參數(shù),推導(dǎo)了d-q坐標(biāo)系下的解耦控制模型,設(shè)計(jì)了