MMC型换流阀组件低感母排电感的计算与测量

摘要

在IGBT换路过程中，回路杂散电感会引起过电压、损耗及电磁干扰等问题。减小直流电容和半导体器件之间的母排杂散电感是一种有效抑制上述问题的方法。低感母排电感测量存在两方面的困难。由于低感母排电感很小，准确测量比较困难;同一低感母排存在多个直流电容输入端口，这些端口即为电感的等效激励输入端口，因此实际低感母排的电感是由多个具有空间分布性的分电感合成的总电感，这又给总电感的测量带来了困难。
　　为了获得母排上多个分电感合成的总电感值，本论文提出了平面几何合成法。基于母排的实际结构，该合成法将电感视作有方向的物理量，即矢量，并应用平面几何合成法获得总电感。为了减小测量引线造成的误差，本文提出了一种改进测量方法，设计了用两根紧挨并行漆包线作为测量引线，进而减小了引线间的外电感，并在母排连接线末端设计了两个短的铜制圆柱体作为接线柱，使得这种连接方式与实际的连接更相符，从而规范了测量过程。
　　基于实际设计的低感母排，该母排有15个与直流电容相连接的输入端口，采用阻抗分析仪分别测量了母排的单个端口的分电感。对比不同的测量方案，验证了铜制的漆包线用于连接阻抗分析仪和母排的可行性。对于母排的15个杂散电感，将各自的激励施加在相应的电容器端口的情况下，利用三维电磁仿真方法对其进行了研究。与仿真结果对比，验证了测量的准确性与可行性。此外还研究了两个平行板和短接引脚对电感值贡献。研究表明适当减小连接线的面积可以使总电感值大大减小。基于仿真计算得到的分电感值，应用几何合成法计算了总电感。将合成总电感与一次性仿真获得的总电感对比，从理论角度验证几何合成法对本文低感母排总电感测量的有效性。为了排除测量引线的影响，对基于阻抗分析仪的电感测量校准过程进行改进，补偿了由于阻抗分析仪过补偿的部分电感。基于改进的测量方案验证了单端口电感测量结果的准确性，同时也从实验的角度验证了平面几何合成法。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景以及意义

1．2 国内外研究动态

1．3 本课题的主要内容

第2章 换流阀组件过电压产生机理

2．1 仿真物理模型

2．1．1 换流阀主电路结构

2．1．2 母排仿真模型

2．2 过电压产生和抑制方法

2．2．1 过电压产生原因

2．2．2 低感母线的抑制原理及特点

2．3 小结

第3章 低感母排的仿真及分析

3．1 Ansoft Q3D软件

3．2 电感仿真分析

3．3 几何合成法

3．3．1 几何合成总电感的方法

3．3．2 几何合成方法适用条件

3．4 母排各部分电感贡献

3．5 其他类型母排的优化

3．5．1 子单元结构

3．5．2 采用绝缘材料优化的母排

3．5．3 低感母线电容端口结构优化

3．4．4 小结

第4章 低感母排的实验测量

4．1 实验设备和仪器

4．2 几何合成法的验证

4．3 母排各部分电感贡献的验证

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

在校期间发表的学术论文和参加科研情况

致谢