高压半导体开关的新型非线性电路构造及性能提升方法
批准号:
52107004
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
张翔宇
依托单位:
学科分类:
电磁场与电路
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
张翔宇
中文摘要
高压半导体开关是构成直流断路器、直流耗能装置等多种柔性输电系统故障保护装备的核心部件,然而现有高压半导体开关中用于过压保护的非线性电路限压性能不足,导致开关中大量电力电子器件的电压能力无法被有效利用,造成串联数量的浪费。本项目以提升半导体开关技术经济性为目标,提出一种模块化复合型的非线性电路新方案,通过将非线性电路进行模块化分散式配置、并引入放电间隙与MOV复合型串联的手段,能够在有效抑制器件暂态过电压的同时提高其稳态运行电压,从而在根本上提升器件的电压利用效率。在此基础上,本项目将深化研究模块化复合型非线性电路面向多工况的构造方法与限压机理,认知其在杂散参数耦合的时变特性规律并建立相应的宽频等效电路模型,最终提出复杂多参数下的综合性能调控手段,研究成果预计可提升器件电压利用率至70%,节约40%的串联器件数量,有力支撑相关尖端装备的制造。
英文摘要
High-voltage semiconductor switches are the core components of fault protection equipment for various flexible transmission system, such as DC circuit breakers and DC energy-consuming devices. However, the non-linear circuits used for overvoltage protection in the existing high-voltage semiconductor switches have insufficient voltage limiting performance, which leads to The voltage capability of a large number of power electronic devices cannot be effectively used, resulting in a waste of serial numbers. This project aims to improve the technical and economical efficiency of semiconductor switches, and proposes a new modular composite nonlinear circuit scheme. The nonlinear circuit is configured in a modular and distributed manner and the discharge gap is connected in series with the MOV composite type. It can effectively suppress the transient overvoltage of the device while increasing its steady-state operating voltage, thereby fundamentally improving the voltage utilization efficiency of the device. On this basis, this project will deepen the research on the construction method and voltage-limiting mechanism of modular composite nonlinear circuits for multiple operating conditions, recognize the time-varying characteristics of spurious parameter coupling, and establish corresponding broadband equivalents The circuit model finally proposes comprehensive performance control methods under complex and multi-parameters. The research results are expected to increase the device voltage utilization rate to 70%, save 40% of the number of series devices, and strongly support the manufacturing of related cutting-edge equipment.
随着新能源在电力系统中的比例逐渐增加,柔性直流输电系统作为实现大规模清洁能源接入和输送的重要技术,得到了广泛关注。高压半导体开关作为直流断路器、直流耗能装置等关键电力电子装备的核心部件,其性能直接影响到系统的可靠性、安全性和经济性。现有的高压半导体开关在非线性限压电路方面普遍存在电压利用效率低、器件串联数量多、成本高等问题,制约了其在高压直流输电系统中的应用和发展。因此,提升高压半导体开关的电压利用效率,优化限压电路设计,降低器件数量和成本,成为当前直流电力电子技术面临的重要挑战。.本项目聚焦于解决高压半导体开关中的非线性限压电路技术问题,提出了一种创新的模块化复合型非线性(Modular Compound Non-Linear, MCNL)电路构造方法,旨在通过优化限压电路提升器件的电压利用率,降低器件数量,优化系统的经济性和可靠性。项目采用理论分析与实验测量相结合的研究方法,围绕以下四个核心问题开展研究:MCNL电路构造方法及其作用机制;MCNL电路的宽频时变特性建模分析;MCNL电路复杂多参数协同下的综合性能调控方法;MCNL电路在电力电子装备中的应用拓展与实现。通过对这些问题的研究,项目提出了可有效提升半导体开关性能的MCNL电路构造方法,建立了MCNL电路的综合宽频等效电路分析模型,提出了针对MCNL电路复杂多参数特征的设计及调控手段,使器件的电压利用率提升至70%,并建立了10kV/15kA等级非线性电路半导体开关实验平台。.本项目取得的研究成果已在国际高水平期刊上发表SCI论文15篇,受理了国家发明专利6件,培养了博士研究生2人、硕士研究生4人。项目的研究成果不仅丰富了高压半导体开关技术的理论体系,还推动了MCNL电路在换流阀、可控避雷器等电力电子装备中的应用。此外,项目成果已成功应用于新疆首个±30kV/5MW陆上风电全直流发电示范系统,并计划于2025年正式落地应用。未来,本项目团队将继续优化高压半导体开关的限压电路技术,并拓展其在其他电力电子装备中的应用,推动该技术在新型电力系统中的广泛应用与发展。
高压大容量IGCT-IGBT混合器件载流—开关特性重构与集成调控方法
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批准号:52577196
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项目类别:面上项目
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资助金额:50.00万元
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批准年份:2025
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负责人:张翔宇
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依托单位:
国内基金
海外基金