大功率電力電子器件集約化套用的關鍵技術研究

《大功率電力電子器件集約化套用的關鍵技術研究》是依託浙江大學，由張軍明擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：大功率電力電子器件集約化套用的關鍵技術研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：張軍明
• 項目類別：面上項目

項目摘要

本項目擬對目前大功率變流裝置中功率器件開關容量利用率低、器件電氣應力最佳化與開關損耗最佳化相互制約等共性問題進行研究，以改變目前普遍存在的粗放、低效的器件套用方式。擬以IGBT器件為例，重點研究基於門極驅動控制方式，實現開關瞬態中各開關階段的快速、有效控制，以充分利用現有器件的開關容量和潛力，降低其電氣應力及開關損耗，改善其運行可靠性。探索高速電流型驅動及控制方法以改善器件運行的可靠性。同時，結合系統的運行狀況，探索典型大功率逆變裝置在功率時變情況下的最佳化運行模式。.通過本項目的研究，將初步建立新型的高速電流型門極驅動及調節方式，大幅度改善器件在開關瞬態各階段運行的可靠性，為功率器件的高效、集約化套用做出深入系統的研究。

結題摘要

大功率電力電子變流技術是新能源發電和電能高效利用的關鍵技術之一,其核心是大功率電力電子器件。電力電子器件對大功率電力電子變流器的可靠性、成本和性能有直接影響。現有大功率變流裝置由於寄生參數的影響，在開關瞬態過程中，存在較大的電氣應力。為提高其可靠性，普遍採用增大器件容量這一方式，難以實現變流器性能、損耗和成本的最佳化。在這一背景下，本項目從功率器件門極驅動技術的角度出發，對器件的高效集約化利用進行深入研究，探討提高器件利用率及開關瞬態性能的方法。首先，以目前較為主要的IGBT功率器件為主要研究對象，針對IGBT開關瞬態各階段的特點，提出了一種快速的有源電流型驅動方法，利用壓控電流源（VCCS）技術，基於信號反饋直接控制器件在開關瞬態的電壓、電流變化率。所提出的電流源驅動方法具有回響速度快、線路簡單等特點。在分析各開關階段損耗的基礎上，可實現在電流或電壓變化階段對開關器件的控制和調節，且對總開關時間影響小，克服了傳統方法低開關損耗和低電氣應力不能兼顧的缺點，實現了器件驅動的最佳化控制。其次，在此基礎上，研究了這一有源電流型門極驅動的小信號模型，結合IGBT器件的小信號模型，詳細分析了寄生參數及反饋設計對系統穩定性的影響，給出了反饋參數最佳化設計的原則，保證有源門極驅動的可靠穩定工作。第三，結合實際套用系統，將此有源門極驅動方法套用於基本的半橋結構電路（同步Buck或半橋逆變），利用不同負載條件下，改變驅動方式，以最佳化開關速度和開關損耗，探索了有源門極驅動在不同負載條件下改善系統性能的方法。同時，研究了器件並聯中參數適配問題引起的電流不均衡問題，探討了有源門極驅動對改善電流均衡性的可行性。上述研究成果為大功率電力電子器件的開關軌跡控制、器件的集約化套用以及系統性能的最佳化提供了新的手段和方法。項目組較好地完成了項目預定的研究內容，項目研究成果和結論達到預期目標。