风力发电变流器的IGBT关断过电压抑制研究

IGBT关断过电压抑制是变流器中一个重要的研究课题。文章对比分析了各种关断过电压抑制方法的优缺点,得出有源箝位是抑制关断过电压最优方式的基本结论,同时设计并试验了一种用于风力发电变流器的带有源箝位功能的栅极驱动器。结果表明,该驱动器可将IGBT的关断过电压限制在一定的范围内,完全满足风电变流器的应用要求。     

大功率SiC-MOSFET模块驱动技术研究

为适应SiC-MOSFET相比Si-IGBT具有更快的开关速度、更低的工作损耗,同时开通阈值电压较低、短路耐量较弱等特点,研究了与其匹配的驱动技术。主要对漏极电压有源钳位、电路桥臂串扰抑制、过流检测等若干SiC-MOSFET驱动技术进行研究,并基于三菱大功率SiC-MOSFET模块开发配套驱动进行测试。结果表明,该驱动所采用的镜像电流检测法能快速有效地对SiC-MOSFET模块进行过流检测与保护,同时漏极电压有源钳位能及时有效抑制大电流关断所产生的电压尖峰。     

具有先进保护功能的新型IGBT门极驱动器集成电路

论述了IGBT门极驱动器设计新方案,它具有先进的保护功能,如元件采用双电平开通以减小峰值电流,采用双电平关断以限制过电压,以及防止出现桥臂贯通的有源密勒箝位.此外还介绍一种包括双电平关断驱动器和有源密勒箝位功能的新电路,并对所述功能的试验及结果进行阐述,重点介绍双电平关断驱动器的中间电平对IGBT过电压的影响.     

电气化铁路混合宽频滤波器研究

为解决电气化铁路中交-直型和交-直-交型电力机车混跑产生的3~100次宽频谐波问题,提出采用由无源部分和有源部分构成的混合宽频滤波器(Hybrid Wideband-harmonics Filter,HWF)。通过对HWF拓扑结构、滤波原理及滤波特性、有源部分承受电压情况、谐波补偿系数对HWF补偿特性的影响和稳定性进行分析,研究HWF控制策略,并进行仿真和试验验证。结果表明:HWF对宽频谐波具有良好的滤波效果,能够很好地抑制无源部分阻抗与电网阻抗之间的谐振;基波谐振电路能减小有源部分的基波电压,使其适用于中高压电力系统;谐波补偿系数取值越大,HWF对谐波的抑制能力越强。仿真和试验结果验证了HWF的有效性。     

大功率变流技术与应用（四）——升-降压逆变器

采用一级电路结构的阻抗源逆变器（Z-源逆变器），可以克服电机调速系统或分布式发电联网接口中的许多实际问题。阻抗源逆变器除了实现一级变换外，还能够做到：（1）不管输入电压多高，都能产生任一所希望的、甚至比网压高的输出交流电压，从而减少电机的额定电流；（2）在网压下陷期间无需任何附加电路，就能提供“安度难关”的能力；（3）改善功率因数，减少电流谐波和共模电压。阻抗源变流器将为太阳能发电和燃料电池提供简单、便宜、可靠的单级变换装置，也就是为传动系统提供了另一种选择。     

基于全碳化硅器件的辅助变流器设计及试验验证

辅助变流器是导轨电车上的重要电源设备,为全车提供380 V交流电和24 V直流电源。目前辅助变流器普遍采用基于IGBT(绝缘栅双极型晶体管)功率模块进行设计,其体积大、开关频率低、功率密度小,无法满足当前导轨电车辅助变流器小型化、轻量化的设计需求。采用新型SiC(碳化硅)MOSFET(金属-氧化物-半导体场效应晶体管)功率器件代替IGBT进行系统设计,以提高系统开关频率,优化设计外围无源器件,同时利用新型箝位电路抑制了高开关频率带来的尖峰电压。通过计算及试验,验证了基于SiC设计的新型导轨电车辅助变流器在体积和性能方面的优势,对SiC MOSFET器件的应用具有积极意义。     

基于二极管箝位级联拓扑变流器的直驱风电用变流技术

直接驱动型风力发电系统需要全功率变流器作为与电网的接口，多电平变流器的应用得到了广泛关注。二极管箝位五电平级联H桥拓扑，结合了二极管箝位型多电平和级联H桥多电平的优势，只需较少的箝位二极管和独立直流电源，即可进一步提高输出电压等级；使用移相变压器和12脉波整流器作为输入电路.可以方便地应用在使用多相永磁同步发电机的直驱风电系统中。基于拓扑提出了消谐波SPWM和载波相移SPWM相结合的调制方法，能够方便地对二极管箝位级联拓扑进行控制，可以进一步提高等效载波频率，减小器件损耗和滤波器体积。仿真和实验结果证实了所采用的拓扑及其控制方法的有效性。     

柔性直流输电系统直流电压互感器阶跃响应试验电源研究

直流电压互感器是直流输电系统中测量直流侧一次电压的重要设备，柔性直流输电系统要求控制保护信号具有更快的响应速度，这对直流电压互感器的阶跃响应特性提出了更高的要求。为有效开展直流电压互感器的阶跃响应特性试验，本文开展直流电压互感器阶跃响应试验技术研究，提出柔性直流输电系统直流测量装置阶跃响应试验电源的关键指标，研究阶跃试验用电压源的技术方案，并提出电压源的基本电路结构和波形控制方法。仿真结果表明：阶跃试验用电压源满足相关标准和技术规范要求的陡前沿、长脉宽、高幅值电流输出特性。     

铁路信号设备的雷害分析及保护

对直击雷、感应雷、雷电浪涌进行了分析，重点论述了感应雷、雷电浪涌对弱电设备的危害。综合当今先进防雷技术理沦。对铁路信号设备防雷系统提出了围绕信号楼增设网状接地，以达外部防护；使用导电良好的镀铜条在信号顶面和四周构成屏蔽接地栅，并与接地网连接；室内符类地线、窗栅、金属管线接地棚，实行等电位连接；电源线路入口并接过电压保护器件；信号线路入口串接过电流保护器件；数据通信和测控技术的接口电路可采用光纤电缆作为数据传输线的防雷改进建议。     

弓网分离时刻牵引电流相位对弓网离线电磁骚扰影响研究

弓网离线电弧引起的电磁辐射，是列控系统主要的电磁骚扰源之一。为研究弓网离线时刻牵引电流相位对弓网离线电磁辐射特性的影响，在实验室中搭建弓网分离时刻电流相位可控的低压大电流弓网离线拉弧模拟试验平台，同步采集不同离线相位下的电弧电压、电弧电流及电磁辐射的时域波形数据，通过对电磁辐射时域信号进行快速傅里叶变换（FFT），分析离线相位对电磁辐射信号频域特性的影响规律。结果表明：弓网离线拉弧放电过程中，起弧和熄弧时刻的电磁辐射通常大于稳定燃弧时的电磁辐射；离线拉弧电磁辐射主要频段的中心频率约为4,7,15和25 MHz左右，且不同频段电磁辐射强度与弓网分离时刻的牵引电流相位相关，4和7 MHz骚扰信号峰值出现在270°相位发生离线时，15 MHz骚扰信号峰值出现在234°相位发生离线时，25 MHz骚扰信号峰值出现在306°相位发生离线时；离线时刻相位的随机性是导致弓网离线干扰故障随机性的重要原因之一。试验结果对于搭建测试平台进行故障复现、研究过分相区断路器的分合闸控制策略以降低电磁骚扰，具有一定的借鉴和启发。     

高速铁路弓网离线过电压对车体电位的影响

基于现场采集的阻抗参数，建立高速铁路“网-车-轨”牵引供电系统等效电路模型，进而建立包含弓网电弧仿真模型的“网-车-轨”三位一体的牵引供电系统有限元模型，并通过与实测升弓过电压进行对比，验证有限元模型的可靠性；将由等效电路模型计算得到的电压激励加载在有限元模型上，调整列车运行速度和弓网离线时间，分析其对弓网电弧发展的影响，研究弓网中离线和大离线工况下的过电压特性和不同接地方式下的车体电位和磁场分布。结果表明：当列车运行速度较大且弓网离线时间大于200 ms时，易发生弓网完全离线，并产生较高车体过电压；车速为300 km·h^-1时，弓网离线导致的车体过电压达6.45 kV；车底主要区域对地电位高于2 kV，磁感应强度峰值为3.8 mT；通过增加3车保护接地数量，提高车体过电压的泄放能力，使车顶-轴端过电压降至5.47 kV，最大磁感应强度降至2.6 mT，车底区域磁场分布更加均匀，有效地抑制了车体过电压，改善了车载设备的电磁工作环境。