西门子SM150中压变频器相模块损坏原因分析

1故障现象江苏沙钢集团有限公司第二条5 m宽厚板生产线的两台轧机主传动电动机由两套西门子SM150中压变频器控制。控制系统自2009年8月投用以来,运行良好,没有发生过故障。但在2012年4月、5月两个月内发生4起SM150中压变频器IGCT相模块损坏故障。IGCT相模块内部出现严重的电弧短路放电现象,导致IGCT功率元件阻容吸收回路中与电容相连的间距为11 mm的铜母排烧断,4个IGCT功率元件至少有2个被击穿,并联的续流二极管也被击穿。     

直流输电系统逆阻型IGCT换流阀研究

换相失败是基于晶闸管换流阀的高压直流（HVDC）输电系统常见故障,严重威胁电网安全运行。为有效解决换相失败难题,此处从电力电子器件的基本特性出发,提出了基于逆阻型集成门极换流晶闸管（IGCT）换流阀的换相失败抑制方法和直流输电系统拓扑方案。搭建了系统仿真模型,对比研究了在直流系统逆变侧出现换相失败故障后,采用晶闸管换流阀和逆阻型IGCT换流阀对直流系统的影响情况。仿真结果表明,逆阻型IGCT换流阀对换相失败故障的抑制效果良好。根据目前IGCT器件的研制水平,设计了逆阻型IGCT换流阀,并提出了控制逻辑。基于研究成果,进行了逆阻型IGCT换流阀样机研制。为验证样机性能,搭建了合成试验回路系统,开展了逆阻型IGCT换流阀的通流试验和电流关断试验,试验结果证明IGCT换流阀的设计和研制满足要求。研究结果可为以后直流输电工程的系统研究和换流站关键设备设计提供参考。     

带有故障自诊断系统的大功率IGCT-PWM变频器的研究

本文提出一种大功率IGCT－PWM变频器,它以新型功能器件IGCT作为逆变开关元件,采用80C196MC单片机生成电压空间矢量调制的PWM信号,并带有完善的故障自诊断系统,文中详细分析了大功率集成门极换向晶闸管IGCT的基本工作原理和采用的新技术,PWM信号的空间矢量调制算法以及故障自诊断系统的结构和原理,该变频器功能强大,非常适合于工业大功率场合应用。     

IGCT及其逆变电路的PSpice仿真

集成门极换流晶闸管(IGCT)在中压领域的应用越来越广泛。利用PSpice软件包建立了IGCT的单2T-3R模型仿真电路,并基于此模型对中压变频器中的逆变单元,在载波频率为800Hz时的三种情况(不考虑线路杂散电感、考虑较大杂散电感、考虑一种故障情况)进行了仿真和分析。提出IGCT不安装关断吸收电路只是在线路结构紧凑、杂散电感较小的场合：否则要加装关断吸收电路。     

高压变频器中快熔模型及IGCT保护

提供一种高压变频器中IGCT半导体器件的快熔保护方案,在建立快熔模型基础上,详细分析快熔保护系统在逆变器直通故障下对系统的影响以及保护作用。对比了matlab仿真结果和简化电路。计算结果证明,提出的简化保护计算的有效性,同时说明了这种IGCT保护方法的正确性。     

基于IGCT的新型固态桥式短路故障限流器

提出将带旁路电感的桥式短路故障限流器中的半控开关器件——可控硅,用大功率自关断器件——集成门极换流晶闸管（IGCT）代替,从而将整流桥的失控时间从半个周期缩短到电流信号检测时延,从而可以有效减小直流限流电感的电感量,将占据限流器体积、重量、成本主要部分的直流限流电感量缩小5／6以上。研究了在该特定电路条件下的基于IGCT的有源逆变控制方法,可以保证在采用IGCT后,桥路转入逆变工作方式和从限流器中退出时均不引起电感电流通路的阻断,因而不引起操作过电压。直流限流电感的电感量减小,有利于提高限流器动态特性,缩减由于充磁而导致波形畸变的时间。详细介绍了基于IGCT的短路故障限流器的控制策略,并进行了仿真和实验研究,结果证明了所提出的故障限流器及其控制策略的有效性和实用性。     

基于IGCT的新型固态桥式短路故障限流器

提出将带旁路电感的桥式短路故障限流器中的半控开关器件——可控硅，用大功率自关断器件——集成门极换流晶闸管（IGCT）代替，从而将整流桥的失控时间从半个周期缩短到电流信号检测时延，从而可以有效减小直流限流电感的电感量，将占据限流器体积、重量、成本主要部分的直流限流电感量缩小5/6以上。研究了在该特定电路条件下的基于IGCT的有源逆变控制方法，可以保证在采用IGCT后，桥路转入逆变工作方式和从限流器中退出时均不引起电感电流通路的阻断，因而不引起操作过电压。直流限流电感的电感量减小，有利于提高限流器动态特性，缩减由于充磁而导致波形畸变的时间。详细介绍了基于IGCT的短路故障限流器的控制策略，并进行了仿真和实验研究，结果证明了所提出的故障限流器及其控制策略的有效性和实用性。     

IGCT三电平变流器故障识别及状态监测方法

针对以IGCT为核心的中压三电平变流器短路故障保护以及运行过程中主回路器件参数变化监测的问题，提出一种同时实现IGCT三电平变流器故障识别及主回路运行状态监测方法。通过硬件电路检测其电感后端的电压波形并结合器件开关状态来预判是否发生短路故障，筛选电压波形数据中峰值电压与峰值电压时间作为特征值，推导主回路电气参数与峰值电压、峰值电压时间关系，形成对应数据训练神经网络权重构建数值拟合观测器，将实时采样波形数据输入数值拟合观测器在线辨识变流器主回路参数，实现当器件因虚焊、老化、发热等异常原因导致参数变化时予以报警提示。     

基于Saber的IGCT集总电荷模型研究

在此使用MAST语言在Saber软件中建立了非对称型IGCT的集总电荷模型。应用IGCT通用测试电路测试电路对该模型进行了测试,给出了IGCT开通与关断时的实验与仿真波形,分析了造成两者差异的原因,证明了所建立模型的有效性。在此基础上,将该模型应用在IGCT并联研究中,仿真结果与实际实验中IGCT电流拥挤现象吻合。IGCT集总电荷模型兼顾了器件物理原理与仿真速度,在研究器件并联以及保护方面有一定的指导意义。     

逆变器中杂散电感对IGCT端部电压的影响

为了分析逆变器中杂散电感对集成门极换相晶闸管（Integrated Gate Commucated Thyristor,简称IGCT）端部电压的影响,利用PSpice软件包建立了IGCT的2T-3R子电路模型,得出了考虑逆变电路中杂散电感影响的IGCT端部电压仿真波形。分析对比后可知,在杂散电感较大的情况下,尤其是换流回路杂散电感较大时,会使IGCT输出端产生过电压,严重时会使IGCT击穿。通过安装关断吸收电路,可以有效地降低IGCT的端部过电压。     

基于IGCT的三相接地系统故障限流器及其控制策略

提出将带旁路电感的三相接地系统桥式短路故障限流器中的半控开关器件用大功率自关断器件IGCT(integrated gate commutated thyristor)代替,从而将变流桥路的失控时间由半个周期缩短至检测电路的延时时间以内,可显著减小直流电抗器的电感量,将占限流器体积、重量、成本主要部分的直流电抗器缩小到原来的1／9．6。分单相短路、两相短路、三相短路3种情况对基于IGCT的短路故障限流器及其控制策略进行了仿真研究,仿真结果证明了所提出的故障限流器及其控制策略的有效性和实用性。     

固态短路限流器的研究与发展

概括了当今限流技术的基本工作原理、技术特点，并详细介绍了现有的各种固态限流器，诸如GTO开关型限流器、谐振式限流器、可变阻抗式限流器、具有串联补偿作用的限流器、无损耗电阻器式限流器、混合限流器、新型桥式固态短路限流器的拓扑结构及工作原理，综述固态限流器的国内外发展状况，同时提出在固态限流器的研究应用中亟待解决的问题。     

IGCT器件在风力发电并网变流器中的应用

IGCT是一种基于GTO结构的新型大功率半导体开关器件。IGCT在电压和功率等级、效率、可靠性以及变流器结构设计等方面具有显著的特点和优势,非常适合大功率变流装置的应用要求。在此,简单介绍了风力发电技术的发展趋势,以及全功率变流风力发电系统的结构和特点。结合IGCT的工作原理和性能,分析了IGCT器件在风力发电并网变流器中的应用;此外,还介绍了国产IGCT器件技术的发展现状和试验情况。     

新型桥式固态故障电流限制器

文中提出了一种新型桥式固态故障电流限制器,该装置由二极管、晶闸管和限流电抗等组成。在系统正常运行时,新型故障电流限制器运行于整流桥模式,对系统影响很小;在故障发生时,限流电抗能自动无延迟地限制短路电流第1个峰值,且通过对晶闸管的控制,实现装置由整流桥模式进入限流模式,限制短路电流稳态值。该方案无需另设旁路限流电抗,也无需全控型器件,结构简单,可靠性高。文中提出了该方案的控制策略,并通过实际系统仿真分析及与现有桥式故障电流限制器对比,证明了该方案的可行性和技术优势。     

IGCT变流器吸收箝位电路的参数设计

近年来对风机容量的要求出现了爆发式增长,已达3~7 MW。此外,并网谐波控制、低电压过渡等风机并网标准越来越严苛。以集成门极换流晶闸管(integrated gatecommutated thyristor,IGCT)为核心的中压直驱全功率变流装置既可满足风机的大容量要求,又能灵活实现电网故障过渡、电网无功支撑等要求,成为大容量风机的最优选择。在IGCT变流器中,箝位电路的参数将直接影响器件SOA、最小脉宽与并网电流质量,是风机功率模块设计中十分重要的部分。提出一套IGCT变流器吸收箝位电路的优化设计方法,显著简化了箝位电路的设计过程。在对箝位电路换流工况进行详细分析的基础上,提出了箝位电路的等效电路。根据等效电路进行了响应分析,综合考虑箝位电路的设计原则,找到了优化参数的选取方法,从而降低了最小脉宽限制,提高了动态恢复速度。给出了设计实例,并进行了仿真与实验验证。     

高比例变流型电源并网的输电系统三相短路电流计算

高比例变流型电源接入输电系统可能提高系统短路电流水平,导致电力设备选型面临更高的动热稳定要求。通过分析变流型电源实验平台的短路电流测试波形的包络线变化规律,获取其三相短路电流表达式。根据变流型电源在故障不同阶段呈现的短路电流输出特性,提出故障暂态和稳态阶段的等值电路。应用叠加定理分别计算含变流型电源电网短路电流交流分量和直流分量,并对冲击电流进行评估,其结果可用于电网规划及设备选型;最后用6节点的500 kV淮南电网和35节点的220 kV淮宿电网实际算例,将所述方法、常规电压源等值法的计算结果与电磁暂态仿真结果进行对比,验证了所述方法的有效性。     

基于实时电流幅值的风电整流器故障诊断方法

直驱式风电系统整流器的开路故障会造成机侧交流电流半相缺失、直流侧电压波动、发电机转速波动等问题,严重影响风力发电系统的运行稳定性。文中提出一种基于实时电流幅值的永磁直驱风电系统整流器开路故障诊断方法,利用电机的运行特性来计算实时电流幅值,实现对故障的实时诊断和定位;将故障状态下的电流幅值与设定的电流幅值阈值进行比较,利用电流幅值异常所在区间来判定故障开关管位置,消除误差和外界条件变化带来的误诊断。实验结果验证了理论分析的正确性和故障诊断方法的有效性,通过与其他方法进行对比,验证了文中方法的检测速度和多管故障的诊断能力。     

柔性直流电网故障电流抑制关键技术与展望

能源危机和变革给传统的输电模式带来了巨大的挑战。柔性直流电网以其灵活、可控、高效等特点,成为新的电力输送方式之一,但在关键技术与装备等方面仍存在较多问题有待解决。文中以柔性直流电网故障电流抑制问题为研究对象,首先分析了柔性直流电网对故障电流抑制的技术需求与国内外研究现状。在此基础上,分别从柔性直流电网故障电流分布特性与演变规律、故障限流原理与多维度协同抑制、数字物理动模仿真等方面提出亟待解决的关键技术问题与研究思路。最后,展望了柔性直流电网研究中仍需关注的重要问题。