压接式IGBT串联时动态电压不均衡特性的研究

压接式IGBT论文 串联论文 IGBT建模论文
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高压大功率直流输电技术在远距离输电、可再生能源发电、城市配电网及分布式发电等诸多领域发挥着越来越重要的作用,而换流系统是直流输电系统的核心部件。随着电力电子技术的发展,基于绝缘栅双极型晶体管(insulation gate bipolar transistor, IGBT)的电压源换流器开始在直流输电中得到广泛应用。由于柔性直流输电系统中直流电压等级较高,远大于单个IGBT所能承受的电压,所以IGBT模块的串联技术对于实现高压大功率输出至关重要。串联技术对于IGBT的动作一致性要求较高,但是由于IGBT自身参数以及外围电路参数都具有分散性,加上其开关动态过程较为短暂,各个串联IGBT模块在开关动态过程中的电压分布不均衡问题尤为突出,严重情况下可导致某些器件因为承受较高的过电压而损坏。因此,为确保换流器阀安全运行,研究影响串联IGBT电压分布不均衡的因素并量化分析,从而在此基础上提出相应的均压保护措施十分必要。本文针对IGBT串联时的电压不均衡问题,在IGBT的建模、串联IGBT电压分布不均衡的影响因素分析以及栅极RCD均压策略等方面进行了深入研究与分析,开展的工作如下:首先,根据IGBT器件的结构及工作原理,基于saber软件建立了压接式IGBT的动态行为模型,详细研究了模型参数的选取及模型有效性验证方法,使模型可以准确的反映IGBT的开关动态过程。其次,搭建了两个IGBT串联的仿真电路,深入分析总结了影响IGBT串联时电压分布不均衡的因素,并对各个影响因素的影响程度进行了量化分析。再次,在前文分析的基础上,针对电压源换流器一个阀段内的七个串联IGBT模块,建立了等效电路并对串联IGBT工作时的电压分布不均衡问题进行了分析,分析结果可为串联IGBT电路的设计提供参考。最后,根据上文的研究和分析结果,分析了栅极RCD均压策略的均压效果,并对均压回路中各参数的选取原则进行了讨论,仿真结果证明了此均压方法的有效性及参数匹配策略的合理性。
摘要第5-6页
Abstract第6页
第1章 绪论第9-16页
    1.1 课题研究背景及意义第9-11页
    1.2 国内外研究现状第11-14页
        1.2.1 IGBT模型的研究现状第11-12页
        1.2.2 IGBT串联技术研究现状第12-14页
    1.3 本文的主要工作第14-16页
第2章 基于IGBT外特性的建模方法第16-24页
    2.1 IGBT的物理结构及基本特性第16-19页
        2.1.1 IGBT的物理结构第16-17页
        2.1.2 IGBT静态特性第17-18页
        2.1.3 IGBT动态特性第18-19页
    2.2 IGBT的软件建模方法第19-23页
        2.2.1 建模原理第19-20页
        2.2.2 模型参数选取第20-21页
        2.2.3 模型有效性验证第21-23页
    2.5 本章小结第23-24页
第3章 IGBT串联动态电压不均衡影响因素量化分析第24-44页
    3.1 IGBT串联时动态电压不均衡机制第24-27页
        3.1.1 开通时电压不均衡影响因素第24-26页
        3.1.2 关断时电压不均衡影响因素第26-27页
    3.2 外围电路参数的量化分析第27-36页
        3.2.1 栅极驱动信号的不同步第28-30页
        3.2.2 栅极驱动电阻第30-33页
        3.2.3 栅极驱动电压幅值第33-35页
        3.2.4 栅极驱动电压上升(下降)时间第35-36页
    3.3 IGBT内部参数的量化分析第36-42页
        3.3.1 集射极电容G_(ce)影响第36-38页
        3.3.2 栅极-发射极电容C_(ge)影响第38-40页
        3.3.3 栅极-集电极电容C_(gc)的影响第40-41页
        3.3.4 拖尾电流的影响第41-42页
    3.4 本章小结第42-44页
第4章 多个IGBT串联时电压不均衡度分析第44-54页
    4.1 基于IGBT串联的10kV电压源换流器拓扑结构及工作原理第44-45页
    4.2 多个IGBT串联时电压不均衡影响因素量化分析第45-53页
        4.2.1 外围电路参数对电压均衡的影响第45-50页
        4.2.2 IGBT内部参数对电压均衡的影响第50-53页
    4.3 本章小结第53-54页
第5章 IGBT串联动态电压均衡方法的研究第54-63页
    5.1 栅极RCD电路的均压原理第54-55页
    5.2 栅极RCD均压电路的参数匹配第55-58页
        5.2.1 电阻R_1的选取第55-56页
        5.2.2 电容C_1、C_2的选取第56-57页
        5.2.3 电阻R_2的选取第57-58页
        5.2.4 电阻R_3的选取第58页
    5.3 均压效果分析第58-62页
    5.4 本章小结第62-63页
第6章 结论与展望第63-65页
    6.1 全文总结第63页
    6.2 下一步工作展望第63-65页
参考文献第65-69页
攻读硕士学位期间参加的科研工作第69-70页
致谢第70页
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