压接型IGBT串联有源电压控制优化研究
本文选题:压接型IGBT + IGBT串联 ; 参考:《华北电力大学(北京)》2016年硕士论文
【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。
[Abstract]:With the progress and development of power electronics technology, flexible DC transmission will show its unique advantages in solving many problems such as long-distance, large capacity transmission, new energy distributed power access and large AC / DC hybrid power grid. Flexible DC transmission adopts voltage source converter based on IGBT (insulated gate bipolar transistor) and advanced control strategy to realize efficient power transmission. Due to the limitation of IGBT capacity, multiple IGBT are usually used in series or module to solve the problem of low voltage level of IGBT single transistor. The topology of flexible DC voltage source converter has developed from two-level technology to modular multi-level technology. However, with the further improvement of voltage level, the combination of IGBT series and modularized multilevel technology will be for the development direction of HVDC transmission, so the flexible HVDC transmission project put into operation by ABB in the near future adopts this technical route. Therefore, IGBT series technology has high application value. Compared with welded IGBT, pressure-joint IGBT has the advantages of compact structure, short-circuit failure mode, double-sided heat dissipation and so on. It has a very significant competitive advantage in IGBT series application and is more suitable for DC network applications. In this paper, based on the research on key technology of special drive protection for 2500V/1200A voltage-connected IGBT, the mechanism and control measures of voltage imbalance in series of voltage-connected IGBT are studied, based on the scientific and technological project of National Smart Grid Research Institute. The active voltage control technology is studied and optimized. In this paper, the basic characteristics of IGBT and FRD are described, and the dynamic and static voltage imbalance mechanism of IGBT is analyzed. Secondly, the principle of IGBT series active voltage control is analyzed, and the method of reference voltage optimization is proposed. The correctness of the optimization strategy is verified by multi-group simulation, and the IGBT series drive circuit is designed in combination with the control strategy, and the IGBT driver waveform and fault protection logic algorithm are programmed by FPGA. Finally, the inverter experiment platform based on the voltage-connected IGBT series is built, which verifies the correctness of the optimization strategy of active voltage control. 3. The precision delay turn-on and turn-off control, overcurrent and over-voltage protection of the voltage-connected IGBT series units are realized. Finally, the inverter experimental platform based on the pressure-connected IGBT series is built. The research results of this paper in high power IGBT series voltage control have certain guiding significance for the application of IGBT series in flexible direct current transmission.
【学位授予单位】:华北电力大学(北京)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TM721.1;TM714.2
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,本文编号:1970207
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