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压接型IGBT串联有源电压控制优化研究

邹格  
【摘要】:随着电力电子技术的进步和发展,柔性直流输电在解决远距离、大容量输电、新能源分布式电源接入以及特大型交直流混合电网面临的诸多问题时都将展现出其特有的优势。柔性直流输电采用基于绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的电压源型换流器和先进的控制策略,实现高效的功率传输。受IGBT容量的限制,通常采用多个IGBT进行器件串联或模块使用以解决IGBT单管的电压等级低的问题。柔性直流电压源换流器拓扑结构已从两电平技术发展到模块化多电平技术,但随着电压等级的进一步提升,IGBT串联与模块化多电平技术的结合将是为了高压柔性直流输电发展的方向,近期ABB投运的柔性直流输电工程采用该技术路线,因此IGBT串联技术具有极高的应用价值。压接型IGBT相比于焊接型IGBT而言,具有结构紧凑、短路失效模式、双面散热等优点,在IGBT串联应用具有非常显著的竞争优势,更适合于直流电网应用。本文依托国网智能电网研究院科技项目《2500V/1200A压接型IGBT专用驱动保护关键技术研究》,对压接型IGBT串联时电压不平衡机理及控制措施进行了研究,重点对有源电压控制技术开展研究并进行优化。本文首先阐述IGBT及FRD的基本特性,重点分析IGBT动静态电压不平衡机理;其次分析了IGBT串联有源电压控制原理,并提出了参考电压优化方法,通过多组仿真验证了优化策略的正确性;结合该控制策略本文设计了IGBT串联驱动电路,通过FPGA编写IGBT驱动波形、故障保护逻辑等算法,实现压接型IGBT串联各单元精确延时开通与关断控制、过流、过压保护等;最后搭建了基于压接型IGBT串联的逆变实验平台,验证了有源电压控制优化策略的正确性。本文在大功率IGBT串联电压控制的研究成果对于柔性直流输电中IGBT串联的应用具有一定的指导意义。


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