VSC-HVDC系統(tǒng)中IGBT串聯組件關鍵技術研究.pdf

1、基于電壓源變換器的柔性直流輸電技術(VSC-HVDC)以有功和無功功率可獨立控制、無需額外濾波設備、經濟節(jié)能、結構緊湊等優(yōu)勢而備受關注。同時,VSC-HVDC作為風場等間歇性波動功率并網發(fā)電的關鍵技術,促進著分布式可再生能源并網發(fā)電的規(guī)?；瘧?。IGBT器件的耐壓瓶頸限制著換流器的使用,本文著眼于VSC-HVDC在中高壓配電網應用中采用IGBT器件直接串聯的組件結構時的關鍵性技術問題,重點研究IGBT串聯組件的均壓保護、失效器件檢測以及

2、在電壓源換流器應用中的相關問題,旨在為VSC-HVDC系統(tǒng)開發(fā)應用提供理論支持和技術參考。本研究主要內容包括：
　?、沤⒘薎GBT器件的門極驅動模型,并借助于此模型定量分析了串聯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合的復合均壓方法,建立了串聯組件中均衡變壓器的等值模型,提出了均衡變壓器的參數設計方法,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。構建了復合均壓方法的仿真及實

3、驗系統(tǒng),結果表明,門極均衡核僅能抑制驅動信號差異引起的分壓不均衡,實際應用須與吸收電路結合構成復合均壓方案,實驗結果證明了復合均壓方法及其參數設計正確。
　?、蒲芯苛艘环N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設計方法。開發(fā)設計了IGBT串聯組件的實驗系統(tǒng),實驗結果表明,采用提出的均壓參數設計方法,門極

4、有源均壓電路在驅動信號同步或延時情況下均具有顯著的均壓效果。研究了該串聯組件應用于五段式 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致換流器橋臂短路的原因,從電路運行工況下IGBT導通時間角度完善了均壓電路的參數設計,實驗結果表明均壓參數改善后可消除這種橋臂直通的故障現象。
　　⑶研究了失效IGBT器件引起整個串聯組件故障問題,提出了IGBT器件失效故障的檢測方法及故障恢復策略。利用驅動電路監(jiān)測

5、組件內IGBT器件運行狀態(tài),依據反饋的狀態(tài)邏輯對器件的故障類型進行辨識、定位,設計了在串聯組件保持阻斷時吸合旁路開關的無沖擊故障恢復策略。實驗結果表明,構建的串聯組件監(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至正常開關功能,驗證了失效器件檢測方法和組件故障恢復策略的正確性。
　　⑷研制了一套背靠背的VSC-HVDC實驗樣機,設計了VSC-HVDC系統(tǒng)主回路的電氣參數,推導了d-q坐標系下的解耦控制模型,設計了