中高壓電力電子變換中的功率單元及功率器件的級聯關鍵技術研究.pdf

1、我國近年高速的經濟發(fā)展造成了高耗能、高排放產業(yè)增長過快、電能利用效率低且單位產值的電耗過高等問題，嚴重地阻礙了“十一五”計劃中對于結構節(jié)能目標的實現。如何解決避免發(fā)電、輸變電、配電直至用電環(huán)節(jié)中電能的不必要損耗，提高電能的利用效率，進而實現節(jié)能減排的目標，無疑是電工技術研究的主要課題之一。中高壓、大功率的電力電子變換技術在這其中將起到越來越重要的作用。因此，本文緊跟這一當前國內外研究的熱點，分別針對中高壓電力電子變換技術中的若干關鍵問題

2、開展深入研究與探討。
　　本文針對現有中高壓、大功率電力電子變換拓撲中的前級整流裝置所存在的缺點，利用了多脈移相變壓器本身能消除部分電網側電流諧波，提高其功率因數的優(yōu)點，并通過高頻化的手段減小了多脈移相變壓器的體積和重量，降低了整個系統(tǒng)的體積和重量，使其能適應更廣泛的應用場合。功率單元的級聯拓撲使得整個系統(tǒng)完全可以以低壓電力電子功率器件來實現中高電壓、大功率、中高頻率的能量變換，并采用合理的調制方式來避免雙向開關的使用，有效降低了

3、系統(tǒng)控制復雜程度，有利于降低系統(tǒng)整體成本。在此基礎上，為了從理論上證明高頻化的多脈移相整流變換技術同樣能減小網側電流諧波，本文建立了整個變換器的系統(tǒng)模型，對功率單元、高頻多脈移相變壓器、整流器一一列出電壓和電流的開關狀態(tài)方程，以證明網側電流-輸出電流的關系式與工頻多脈整流具有完全相同的數學表達形式，以說明12脈高頻多脈整流器同樣能消除網側電流最主要的5次和7次諧波。此外，本文還詳細比較了多種二次側整流濾波電路對于高頻多脈變換器網側電流諧

4、波的影響，詳細分析了高頻多脈變換裝置工作模態(tài)，最終給出了網側交流濾波電感、直流側LC濾波網絡、以及高頻多脈移相變壓器的參數設計過程。以期能給工程實踐時的應用設計提供有力的參考，以縮短項目研發(fā)周期。
　　基于現有中高壓、大功率電力電子變換拓撲中的后級逆變裝置拓撲相對較為復雜、需級聯較多功率單元的特點，本文試圖通過功率器件串聯的技術途徑來解決這一難題。文中提出了新型的基于高頻變壓器的器件串聯均壓拓撲，并對此進行了研究與探討。由于該型器

5、件串聯均壓拓撲采用無源器件構成均壓電路，因而能避免門極均壓控制電路設計的繁復和不穩(wěn)定性，且損耗遠小于傳統(tǒng)的RCD箝位均壓方式。此外，還通過串聯均壓電路在開關瞬態(tài)的等效電路，對均壓電路中不可避免的寄生參數對器件均壓的影響進行了進一步的研究和討論，并給出了開關器件在開關瞬態(tài)所受的最大電壓應力的計算方法。為了更好地保護串聯器件，避免其受到寄生參數引起的電壓尖峰的損毀，還引入二極管箝位電路來進一步完善基于高頻變壓器的器件串聯均壓電路。根據以上所

6、得的開關瞬態(tài)等效電路，給出了二極管箝位電路的參數設計策略。
　　為減少電力電子裝置的體積和重量，提高功率密度和變換效率，且避免器件高頻工作時，驅動線路寄生參數引起的EMI問題，最大限度地提高裝置的性能和可靠性，本文認為有必要將器件(IGBT)串聯驅動電路集成到芯片級的串聯IGBT模塊當中，并實現標準化大規(guī)模生產。本文針對現有的IGBT串聯驅動輔助電源拓撲進行了梳理和比較，認為非隔離型的IGBT串聯驅動輔助電源更適合集成化的串聯系統(tǒng)