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)以有功和無功功率可獨立控制、無需額外濾波設(shè)備、經(jīng)濟節(jié)能、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)勢而備受關(guān)注。同時,VSC-HVDC作為風(fēng)場等間歇性波動功率并網(wǎng)發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù),促進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)時的關(guān)鍵性技術(shù)問題,重點研究IGBT串聯(lián)組件的均壓保護、失效器件檢測以及

2、在電壓源換流器應(yīng)用中的相關(guān)問題,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電壓。構(gòu)建了復(fù)合均壓方法的仿真及實

3、驗系統(tǒng),結(jié)果表明,門極均衡核僅能抑制驅(qū)動信號差異引起的分壓不均衡,實際應(yīng)用須與吸收電路結(jié)合構(gòu)成復(fù)合均壓方案,實驗結(jié)果證明了復(fù)合均壓方法及其參數(shù)設(shè)計正確。
　　⑵研究了一種利用阻容元件箝位過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均壓元件作用,提出了滿足均壓指標的電路參數(shù)設(shè)計方法。開發(fā)設(shè)計了IGBT串聯(lián)組件的實驗系統(tǒng),實驗結(jié)果表明,采用提出的均壓參數(shù)設(shè)計方法,門極

4、有源均壓電路在驅(qū)動信號同步或延時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電壓源換流器時的橋臂直通問題,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,從電路運行工況下IGBT導(dǎo)通時間角度完善了均壓電路的參數(shù)設(shè)計,實驗結(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。
　　⑶研究了失效IGBT器件引起整個串聯(lián)組件故障問題,提出了IGBT器件失效故障的檢測方法及故障恢復(fù)策略。利用驅(qū)動電路監(jiān)測

5、組件內(nèi)IGBT器件運行狀態(tài),依據(jù)反饋的狀態(tài)邏輯對器件的故障類型進行辨識、定位,設(shè)計了在串聯(lián)組件保持阻斷時吸合旁路開關(guān)的無沖擊故障恢復(fù)策略。實驗結(jié)果表明,構(gòu)建的串聯(lián)組件監(jiān)控系統(tǒng)能夠辨識組件中失效IGBT器件,且能使故障的組件可靠恢復(fù)至正常開關(guān)功能,驗證了失效器件檢測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實驗樣機,設(shè)計了VSC-HVDC系統(tǒng)主回路的電氣參數(shù),推導(dǎo)了d-q坐標系下的解耦控制模型,設(shè)計了