一、半导体断路开关及其应用(论文文献综述)
梁晓宇[1](2021)在《基于ICCOS的电感储能连续脉冲电源拓扑研究》文中研究说明脉冲功率技术在现代国防科学和高精尖技术领域占有重要的地位,是世界各国争相发展的学科之一。脉冲功率电源是脉冲功率系统中重要的组成部分,负责为整个系统提供需要的电脉冲,随着超导技术和半导体开关的发展,电感储能脉冲电源逐渐成为发展实用化脉冲功率电源的可行选择,是当前和未来一段时间内脉冲功率技术领域炙手可热的研究课题之一。为满足脉冲功率电源日益发展的性能需求,课题组在之前的工作中提出了一种基于桥式转换电路的连续脉冲电源电路,该电路使用高温超导脉冲变压器作为储能载体,利用转换电容器收集漏感和限制开关的过电压,具有良好的发展潜力。然而,该电路采用全控型器件作为主开关,其换流能力有限且成本较高,一定程度上限制了该电路的应用能级。为了解决这个问题,本文借鉴了反向换流技术(ICCOS)在XRAM电路和STRETCH meat grinder电路上的应用,提出了一种基于ICCOS技术的电感储能连续脉冲电源电路。该电路以基于桥式转换电路的连续脉冲电源电路为基础,将产生反向脉冲的功能集成到了辅助电容器中,并将断路开关由绝缘栅型双极性晶体管(IGBT)替换为了晶闸管。通过对改进电路进行理论分析和仿真研究,发现其保留了产生连续脉冲的能力,且辅助电容器仍可收集漏感能量并限制断路开关过电压。然后,将改进电路与原电路进行了全面对比,充分证明了改进电路在性能,成本和可靠性上的优势。接着,为了研究改进电路的参数与性能指标之间的关系,对电路进行了分阶段求解分析,在理论分析的基础上,进一步推导了电路主要性能指标的表达式。分析结果表明,通过合理的选择电路参数,改进电路可获得需要的性能指标,达到比较理想的工作状态。最后,根据脉冲电源电路的实验拓扑图搭建了对应的实验平台并进行了低温测试。在液氮温度下,充电电流达到110A,输出脉冲达到1.28k A,电流放大倍数达到11.6,实验结果证明了该电路的可行性和电路理论分析的正确性。综上所述,本文提出的基于ICCOS的电感储能连续脉冲电源电路在应用等级和实际成本方面比原电路更具优势,可以作为基于高温超导脉冲变压器的电感储能脉冲电源研究领域的一个有益补充。
赵宇鸿[2](2021)在《基于新型多端口直流断路器的柔性直流电网故障隔离策略研究》文中提出在“双碳”目标下,新能源将再次迎来大发展,而大规模新能源并网以及远距离电能输送仍存在挑战。以电压源型换流器(Voltage Scourced Converter,VSC)为基础的柔性直流(VSC-HVDC)输电技术具有有功无功独立控制、便于组网等优点,克服了常规直流易换相失败的缺点,因此在新能源并网及输送、异步系统互联等场景受到广泛关注。但VSC-HVDC系统含有大量电容储能元件,一旦发生直流侧故障,将产生快速上升的故障电流,对电力电子器件构成威胁。快速隔离故障是保障直流系统安全的关键,但由于柔性直流系统的故障电流没有过零点,无法使用交流断路器方案。因此直流系统的故障隔离成为极具挑战的关键难题。当前柔性直流输电系统的故障隔离主要依靠交流侧断路器、直流断路器和自清除模块,但交流断路器无法满足VSC-HVDC系统的故障隔离速度要求,而自清除模块方案缺乏选择性。因此实际工程中的故障隔离方案主要使用双端口直流断路器。但随着直流电网的不断扩大,对双端直流断路器的需求量越来越大。为减少工程成本,共用主断流支路的多端口直流断路器应运而生,通过共用断流支路来减少大功率半导体的使用。但依旧没能解决直流故障隔离过程中过压高、瞬态能量大的问题。本论文围绕柔性直流输电线路的故障隔离问题,提出了一种应用于多端柔性直流系统的具有柔性开断能力的多端口混合直流断路器,并通过搭建故障模拟实验平台对一种低成本高效能的新型环状多端口断路器进行了样机研制。首先,综述了柔性直流输电线路故障隔离的研究背景和意义,并对当前研究下的典型故障隔离方案进行了分类介绍,分析了当前工程中使用的部分故障隔离方案存在的改进空间;针对多端直流系统下的单极接地故障和双极接地故障过程进行了动态响应特性分析;对直流断路器中普遍存在的过压高、瞬态能量大的问题,提出了一种具备柔性开断能力的多端口直流断路器的方案。其次,详细阐述了本文所提拓扑方案的工作原理,即通过主断流支路上的电容器和阻性元件分别进行换流和耗能过程,利用电容具备的充电特性缓冲故障能量的冲击,以实现对故障电流的柔性关断;当电容充电达到金属氧化物避雷器(MOA)的开通电压时使用MOA进行故障能量的吸收并利用并联电阻加速能量的耗散,对此本文亦进行了仿真分析。所提方案以优化断流性能和减少经济成本为主要目标,使用电容器替代主流拓扑研究中使用多级串联IGBT的思路,使得主断流支路的成本大幅降低;并在性能上实现了直流断路器“柔性”开断故障电流的能力,大幅减少了在故障过程中器件承担的过压,缓冲了故障能量的强制吸收。最后,针对当前多端口直流断路器样机研究的缺乏,对于一种具有可行性的多端口直流断路器方案进行了样机研究,包括故障模拟实验平台与断路器平台的设计与实现。本实验电压等级为300V,设计并模拟了三端柔性直流输电系统中使用多端口直流断路器样机进行故障隔离的实验。依照选型标准结合数值仿真对硬件进行了选型,并进行了实物平台的搭建;对实验所需的IGBT等硬件设施进行了控制电路、驱动电路的设计,撰写了控制直流断路器开断时序的程序;最终完成了对多端口直流断路器的可行性验证。综上,本论文针对柔性直流输电线路的故障隔离问题,分析了现有故障隔离方案中存在的不足,并提出了优化解决方案;搭建了实验平台,验证了一种低成本环形多端口直流断路器拓扑的可行性。
包萌[3](2021)在《柔性直流换流站短路工况下直流场磁场建模分析》文中提出柔性直流输电技术在大规模新能源并网、孤岛送电等方面具有显着的技术优势,得到了快速发展,其中直流侧故障电流难以控制已成为构建柔性直流电网的瓶颈之一。混合式直流断路器作为实现直流侧故障隔离最为理想的方式之一,近年来得到了工程化应用。随着混合式直流断路器的引入,柔性直流换流站直流场增加了新的磁场源,发生直流侧短路故障时,由故障电流产生的强磁场对直流场内二次设备的电磁影响尚不清楚。本文围绕柔性直流换流站短路工况下直流场内的磁场干扰问题展开。首先,分析了柔性直流换流站直流场内主要的磁场骚扰源,建立了混合式直流断路器、平波电抗器、母线、电缆和接地网的磁场计算模型,采用准静磁方法,分析了直流场各磁场源产生的磁场,并评估了直流场金属网的屏蔽效能。同时在实验室开展了测量工作,验证了混合式直流断路器和平波电抗器磁场计算模型的有效性。其次,以安装有200kV混合式直流断路器的定海换流站为研究对象,进行了故障电流仿真,根据直流场设备布局,建立了直流场电气设备磁场计算模型。将电流和磁场计算结果与人工短路试验时的测量结果进行对比,验证了电流仿真模型和磁场计算模型的有效性。在此基础上,计算了单极接地短路故障和双极短路故障时直流场内敏感位置处的磁场,研究了磁场分布规律。最后,以安装有535kV混合式直流断路器的张北换流站为研究对象,进行了故障电流仿真,根据直流场设备布局,建立了直流场电气设备磁场计算模型。计算了单极接地短路故障和双极短路故障时直流场内敏感位置处的磁场,研究了磁场分布规律。基于相关理论,分析了短路故障的磁场时域波形与现有标准规定的磁场抗扰度试验波形的相关性。本文所建模型可为其它柔性直流换流站直流场磁场建模提供参考,研究结果可以为柔性直流换流站直流场二次设备布置和抗扰度考核提供技术支撑。
张虎波[4](2021)在《激光触发真空开关固有介质恢复特性研究》文中研究说明脉冲功率在工业领域应用范围的不断扩大对脉冲功率发生装置的重复频率和产生的脉冲波形提出了更高要求。闭合开关是脉冲功率系统中的最重要的器件之一,直接决定了系统的重复频率、能量转换、脉冲陡度、峰值和脉宽等参数。作为一种新型闭合开关,激光触发真空开关(Laser Triggered Vacuum Switch,LTVS)相较于其他闭合开关有很多性能方面的优势,包括时延短、抖动小、触发精准、容量大、寿命长等。与传统真空开关不同,LTVS的开断能力受电弧烧蚀电极和靶材的双重作用。为进一步提高其重复频率和高频条件下开断能力,对不同因素下LTVS固有介质恢复特性进行了实验研究。本文首先结合LTVS燃弧图像分析了其弧后等离子体特点,利用电磁场仿真软件ansoft maxwell仿真分析靶材结构和位置对电场的影响;建立杯状纵磁触头三维模型,使用瞬态磁场求解器仿真分析不同电流峰值、频率、电极间距下电流峰值时刻和电流过零时刻间隙磁场分布情况;结合前述电磁场仿真结果,探讨并分析了电磁场对LTVS介质恢复特性的影响。其次设计脉冲高压源并对脉冲高压回路展开研究,确定脉冲高压源元件参数并得到用于介质恢复特性试验的理想脉冲高压;利用simulink仿真软件对高频电流源回路计算求解,确定实验回路中各元件参数;分别设计主回路和脉冲高压回路使用的激光触发系统,结合回路中可能产生的时延和抖动测量分析结果,确定输出触发信号时间间隔,完成时序控制的设计。最后基于可拆卸真空灭弧室搭建了LTVS介质强度恢复特性实验平台,改变电流幅值、频率、电极间距因素,对比不同因素下LTVS介质强度随时间的变化曲线,讨论各影响因素对LTVS介质恢复强度的影响。试验结果表明,LTVS的固有介质强度恢复速度随电流幅值的增加而变慢;随电极间距增大时,固有介质强度恢复速度变慢;与半波时间为206μs的正弦电流相比,半波时间为167μs时,LTVS在电流过零初始时刻介质强度较低,恢复速度较慢,一段时间后介质恢复速度变快,介质恢复强度迅速增加,研究结果可为提高LTVS开断能力和重复频率提供指导依据。
常垚[5](2021)在《压接式功率半导体模块的机-热耦合机制及应力优化设计研究》文中研究表明柔性直流输电技术已广泛地应用于大规模新能源并网、远距离电力输运、非同步大电网互联等重大工程,且朝着更高电压等级、更大系统容量、更多网络节点的态势迅速发展。压接式功率半导体模块具有寄生参数小、双面散热快、串联运行易等显着优势,已成为柔性直流输电系统中换流阀和直流断路器等核心装备的优选封装结构。然而,压接式功率半导体模块内部的电-磁-热-力多物理场强耦合,且机械力的交变特征直接决定温度场的分布规律,对压接式功率模块在复杂工况下的运行可靠性具有极为重要的影响。因此,本博士论文重点开展压接式功率半导体模块的机-热耦合机制与优化设计方法研究。一方面,基于接触力学理论,构建模块内机械应力场模型,揭示现有典型商用大容量压接式模块内温度场分布不均的内在特征。另一方面,为提高并联芯片上温度场的均衡性,突破现有压接式封装技术中载荷集中化、夹具分立化的设计思路,研究载荷分布化、夹具一体化的封装协同设计方法。本文的研究内容主要包含以下三个方面。首先,以我国柔性直流输电重大工程中广为应用的代表性压接式绝缘栅双极型晶体管(Insulated-Gate-Bipolar-Transistor,IGBT)为研究对象,提出了压接式IGBT模块的正交热阻抗网络模型。为探索压接式功率半导体模块内部固有的机-热失衡特性,本文首先分析了压接式IGBT模块内部的多芯片布局和集中载荷下压接功率模组的型式结构,发现了模块内芯片通流单元在不同垂直边界上存在的非对称热分布现象,以及芯片在同一压接平面上的失衡力场分布现象。进而提出双面散热边界的热阻参数分布模型,结合多芯片布局方式,构成压接式IGBT模块的正交热阻抗网络。通过解析芯片通流单元的不对称热应力分布,指出了压接式IGBT模块垂直边界上热失衡严重和平行压接面上机-热耦合场中心聚焦的问题。通过搭建压接功率模组型式试验平台,测得了型式试验中压接式IGBT模块热应力双面分布失衡的特性,既验证了以上正交热阻抗网络建模的准确性,也解决了压接式IGBT模块热应力在线测试的难题。其次,提出机械力均衡分布的压接式封装新结构及内嵌式夹具设计方法。为解决现有压接式功率半导体模块内多物理场强耦合且机-热应力失衡的问题,本文首先以多物理场耦合环境中起主导作用的机械力场为分析对象,通过接触力学中的弹性半空间理论,分析压接式功率模组的结构特点,获得了集中载荷下压接式功率半导体模块的机械力场分布规律。在此基础上,将集中载荷等效化为分布载荷,构成压接空间边界内的载荷阵列,得到分布载荷阵列下的力场平衡分布模型。由于分布载荷的压接方式减轻了对夹具设计的要求,以此为基础进一步提出了内嵌式夹具设计方法,将导电母排、散热器等与夹具集成。该新型封装不仅解决了现有商用压接式功率半导体模块固有的热失衡问题,还提高了压接功率模组整体的功率密度。最后,根据以上封装设计思路搭建了压接整流样机,并通过静态特性测试和热应力实验证实了分布压接及夹具内嵌封装技术的有效性。最后,基于压接式功率半导体模块中多芯片并联特点,提出了计及并联芯片热耦合效应的压变型复合热网络。采用内嵌式夹具设计方法的压接式功率半导体模块内,芯片通流单元热耦合效应明显,且机械压力交变作用对热场分布的影响较大。为精确描述并联芯片受机械力场影响的机-热耦合应力分布,将多芯片间传热路径受力形变的效应等效为芯片间耦合热阻抗与机械压力的函数关系,并与单芯片上接触热阻和体热阻结合,形成含压变参数的并联芯片复合热网络。为方便分析复合热网络响应特性,对其进行等效转换并建立标幺化模型,并求解标定功率输入下,各类典型形变状态下的压变型热网络输出。最后根据分布式压接封装技术搭建压变功率模块样机,获得不同压力特性下的热应力分布实验结果。通过分析热应力分布及耦合热阻抗特性,验证了考虑并联芯片热耦合的压变型复合热网络建模的可行性。
李博伟[6](2020)在《高压直流断路器瞬态电气特性与快速重合闸研究》文中提出随着能源革命深入推进,基于电压源换流器的柔性直流输电(VSC-HVDC)技术一直是近些年国内外的研究热点,国内也在稳步推进多端口、大容量、高电压等级的柔性直流输电示范工程建设,这使得其保护策略的研究得到了更多的关注。高压直流断路器可以灵活可靠地切除特定的故障线路,是柔性直流输电系统直流侧故障保护的最佳方案,在未来的工程实践中具备广阔的发展潜力和应用前景。高压直流断路器的两条主要技术路线是基于人工过零的机械式方案与基于电力电子器件的混合式方案,当前的研究热点是围绕这两条路线提出性能更好、成本更低的拓扑方案,但除此之外仍存在较多的研究方向有待探讨。直流断路器分断过程包括毫秒级分断全过程和微秒级换流过程,现有研究较少深入断路器的分断细节,关于这两种时间维度下瞬态电气特性的研究尚不充分。针对此问题,本文首先研究了混合式高压直流断路器分断过程的毫秒级瞬态电气特性,以模块化混合式直流断路器为研究对象,介绍了其应用优势、拓扑结构和工作原理,并建立等效研究平台对其故障分断过程展开理论分析,最终得到了由分阶段数学理论表达式组成的毫秒级瞬态电气特性的数学模型。在其基础上,本文深入微秒级换流过程中,先后研究了桥式子模块类型、缓冲电路类型、缓冲电路连接方式、IGBT模型等变量,通过参数对比、电路分析、数学建模、器件建模、仿真验证等手段,得出了这些变量对于微秒级瞬态电气特性的具体影响。重合闸问题是当前直流断路器研究的冷门,现有研究即使考虑了重合闸策略,也仅是针对自身拓扑结构提出了相应的工作原理,未考虑重合闸时间要求。针对此问题,本文研究了高压直流断路器快速重合闸问题及其改进方案,首先确定了重合闸适应性的概念和重合闸时间的标准,然后以快速泄流型混合式直流断路器为例,分析了其工作原理和重合闸适应性,针对其不适应快速重合闸的缺点提出了三种改进方案,通过理论和仿真分析手段,验证了改进方案的有效性,最后综合对比了三种改进方案的特点。
张琦[7](2019)在《基于DSRD的脉冲功率源系统设计及研制》文中研究表明开关是脉冲功率系统的关键部件,其特性参数直接影响输出脉冲的上升时间、幅值、关断时间等。目前,脉冲功率系统所使用的开关多为气体开关,其优点是具有大电流、高电压等特性,但是由于气体放电本身性质的限制,使得脉冲功率系统在重复频率、稳定性和寿命等性能方面受到很大的限制。相较之下,功率半导体开关具有开关速度快、寿命长、重复频率高和稳定性好等特点,是很有发展潜力的一类脉冲功率开关。而在半导体开关之中,漂移阶跃恢复二极管(DSRD)是一种新型的开关,它具有功率容量大(108-1010 W)、开关速度快(亚纳秒级)、功率密度大、转换效率高、重复频率高等优点,被认为是脉冲功率发生器的理想固态开关。采用DSRD作为核心器件设计的固态脉冲发生器,能够提高开关速度、工作耐受温度,减小装置体积,实现重复频率脉冲功率系统的小型化。本文首先介绍了等离子体断路开关放电理论,在此基础上阐述了新型半导体功率器件漂移阶跃恢复二极管的工作机理和特性。对两种基于DSRD的典型工作电路进行了工作过程分析,提出了实现高功率脉冲功率源的设计方法。建立了 DSRD器件的等效电路模型,并采用仿真分析的方法进行了研究,获得了实现DSRD性能最优化的各项参数。分析了 GTX001型DSRD器件的工作特性,建立了 DSRD器件的等效电路模型,设计了基于DSRD开关的脉冲发生器系统电路,并对该电路进行了模块划分,完善了电路中的各元件参数,实现了系统电路参数的最优化。基于优化的仿真电路模型,完成了单个DSRD、多个DSRD器件脉冲发生器系统电路的仿真分析。基于模块化的设计思路,研制了一套基于DSRD的全固态脉冲功率源。该脉冲功率源将储能、脉冲形成、开关作一体化设计,减小了系统的体积,实现了脉冲功率系统的模块化。采用将控制模块、驱动模块和脉冲产生模块高度集成化的方式,优化电路布局,实现了系统的模化。基于研制的脉冲功率源,开展了相关实验研究。结果表明,基于单个DSRD的脉冲发生器工作电压可达3.7kV,脉冲前沿8.2ns,重复频率200Hz;基于多个DSRD的脉冲发生器,输出电压可达8.1kV,脉冲前沿9.4ns。实验结果与仿真分析结果一致,实验验证了仿真模型的正确性。
雷芷琪[8](2019)在《SiC JFET直流固态断路器及其串并联技术研究》文中进行了进一步梳理随着分布式能源系统和直流负载应用的不断增加,直流配电系统作为更高效的分布式能源与直流负载接入手段,受到越来越广泛的关注,而缺乏可靠的直流保护装置是阻碍直流配电系统进一步发展应用的关键之一。固态断路器特有的快速动作性能使其更加适用于直流配电保护,以碳化硅(SiC)为代表的宽禁带半导体器件以其高工作电压、低通态损耗等优点将促进新一代宽禁带固态断路器的发展。受SiC功率器件容量限制,目前宽禁带直流固态断路器无法应用于高压大电流场合,研究SiC功率器件的串并联技术是扩大宽禁带直流固态断路器容量的有效途径。本文首先设计一种以常通型SiC JFET器件为主开关的超快速、可编程直流固态断路器。在直流系统正常工作时充分发挥常通型SiC JFET通态损耗低的优势;在短路或过流故障时,以JFET漏源级电压为采样信号,控制电路根据采样信号判断故障类型后发出相应的驱动信号,而后驱动电路使SiC JFET快速关断从而切断故障电流。对固态断路器的拓扑结构及快速可编程驱动电路进行设计,详细分析断路器各部分电路工作原理以及理论工作流程。其次对SiC JFET器件的串并联技术进行研究。对SiC JFET器件的开通关断过程进行分析,通过仿真分析器件本身及线路寄生参数对开通关断过程的影响,总结对器件并联均流产生影响的参数,并对其主要影响参数进行并联电路仿真分析,根据分析提出器件并联动静态均流措施,并设计应用于直流固态断路器的8管并联电路。对功率器件的串联影响因素及常用均压措施进行了介绍,详细介绍单驱动级联拓扑及其应用,设计应用于直流固态断路器的单驱动串联电路。最后搭建短路故障实验平台,研制400V/38A直流固态断路器、400V/300A直流固态断路器以及1500V/38A直流固态断路器样机,验证400V/38A固态断路器设计的速动性、可编程性,400V/300A直流固态断路器并联器件的动静态均流特性以及1500V/38A直流固态断路器串联器件的动静态均压特性。
李鸿达[9](2019)在《直流断路器用IGBT通态退饱和电流预测模型及其应用》文中研究表明柔性直流输电具备有功功率及无功功率可独立灵活控制等特点,为大规模可再生能源接入提供了有效解决方案,是国家能源战略的重要选择。混合式直流断路器是切除柔性直流输电系统故障的关键装备,绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT)是直流断路器广泛采用的核心器件,IGBT的可靠性是直流断路器良好分断能力的基本保障。避免发生通态退饱和这一高损耗现象是IGBT可靠工作的必然需求,因此通过建立预测模型分析目标工况中IGBT的通态退饱和特性,并据此合理配置器件驱动参数有着重要意义。本文以混合式直流断路器工况中的IGBT为主要研究对象,分析了断路器用IGBT的工作特征,建立了考虑电热综合应力的IGBT通态退饱和电流预测模型,用于预测目标工况中通态退饱和的发生情况,提出了模型参数的提取方法。搭建了具有器件保护功能的IGBT测试平台,对保护原理、主要设备选型原则、控制系统及输出电压可调驱动器进行逐一阐述,测试平台可以有效降低大电流应力测试中IGBT的损坏风险,通过试验考核了平台功能。利用平台对IGBT进行测试,基于实测数据验证了预测模型,通过模型分析了相关因素对IGBT通态退饱和电流值的影响规律。本文根据建立的IGBT通态退饱和电流预测模型,以张北柔性直流示范工程拟采用的500kV混合式直流断路器为对象,提出了直流断路器IGBT驱动电压的配置方案,运用模型对实际工程的参数设计做出指导。
张彦斌,岳永刚,张晓萌,张永鹏,刘成英,丁臻捷,杨兰均[10](2018)在《用于激励固体绝缘缺陷的SOS型高压重频纳秒脉冲电源的研制》文中研究指明为了对固体缺陷材料进行局部放电检测,文中研制了一台基于半导体断路开关(semiconductoropening switch)的高压重频纳秒脉冲电源,作为激发固体绝缘缺陷在重频下产生局部放电的激励源。纳秒脉冲电源由初级谐振充电单元、磁脉冲压缩单元和半导体断路开关(SOS)三部分构成。介绍了纳秒脉冲电源各部分的设计,给出了纳秒脉冲电源的调试波形。调试结果符合设计要求,在620Ω电阻负载上产生幅值30 kV、前沿30 ns,半高宽110 ns的脉冲电压波形。纳秒脉冲电源连续运行重复频率1 kHz,间隙工作重复频率最大10 kHz。搭建局部放电检测平台,纳秒脉冲电源成功用于试品的局部放电检测,重频下试品放电重复性好。
二、半导体断路开关及其应用(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、半导体断路开关及其应用(论文提纲范文)
(1)基于ICCOS的电感储能连续脉冲电源拓扑研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 课题的研究背景及意义 |
1.2 课题的研究现状 |
1.2.1 电感储能脉冲功率技术的研究现状 |
1.2.2 超导带材的研究现状 |
1.2.3 超导储能脉冲功率技术的研究现状 |
1.3 论文主要研究内容和章节安排 |
第二章 ICCOS技术在电感储能脉冲功率电源中的应用 |
2.1 基于ICCOS技术的单模块脉冲电源电路 |
2.1.1 电路拓扑及工作原理 |
2.1.2 电路仿真及波形分析 |
2.2 基于ICCOS技术的XRAM电路 |
2.2.1 电路拓扑及工作原理 |
2.2.2 电路仿真及波形分析 |
2.3 基于ICCOS技术的STRETCH MEAT GRINDER电路 |
2.3.1 电路拓扑及工作原理 |
2.3.2 电路仿真及波形分析 |
2.4 本章小结 |
第三章 基于ICCOS的连续脉冲电源电路拓扑及原理分析 |
3.1 电路拓扑提出及工作过程 |
3.1.1 连续脉冲电源电路拓扑 |
3.1.2 工作过程分析 |
3.2 电路仿真及波形分析 |
3.3 连续脉冲电源电路的对比分析 |
3.3.1 输出电流波形对比 |
3.3.2 开关元件及控制信号对比 |
3.4 本章小结 |
第四章 连续脉冲电源电路参数影响的分析 |
4.1 连续脉冲电源电路分阶段求解 |
4.1.1 充电阶段 |
4.1.2 反流关断阶段 |
4.1.3 能量传输阶段 |
4.1.4 电感放电阶段 |
4.1.5 剩余能量回收阶段 |
4.2 求解方法综合及仿真验证 |
4.3 连续脉冲电源电路反流回路的参数选择 |
4.3.1 预充电压选择 |
4.3.2 理论最小预充能量 |
4.4 连续脉冲电源电路主要性能指标的分析 |
4.4.1 电流放大倍数的分析 |
4.4.2 开关电压的分析 |
4.4.3 最大电容储能比的分析 |
4.5 本章小结 |
第五章 连续脉冲电源电路的实验验证 |
5.1 实验器件选择及平台搭建 |
5.2 实验结果及波形分析 |
5.2.1 连续脉冲电源电路的实验波形 |
5.2.2 不同电容值实验结果的对比分析 |
5.3 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 未来工作展望 |
参考文献 |
在读期间公开发表的论文 |
致谢 |
(2)基于新型多端口直流断路器的柔性直流电网故障隔离策略研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
ABSTRACT |
1 绪论 |
1.1 课题的研究背景及意义 |
1.2 课题国内外研究现状 |
1.2.1 基于交流断路器的故障隔离方案 |
1.2.2 基于换流器自清除的故障隔离方案 |
1.2.3 基于常规直流断路器的故障隔离方案 |
1.2.4 基于多端口直流断路器的故障隔离方案 |
1.3 课题主要研究内容 |
2 柔性直流电网故障动态响应特性和断流需求分析 |
2.1 柔性直流系统的故障特性分析 |
2.1.1 双极短路的故障特性研究 |
2.1.2 单极接地故障特性研究 |
2.2 多端柔性直流输电系统下的故障隔离需求 |
2.2.1 多端柔性直流系统故障下的动态响应分析 |
2.2.2 多端柔性直流系统下的断流需求分析 |
2.3 基于共用断流支路的直流断路器新理念 |
2.3.1 共用断流支路的直流断路器设计要求 |
2.3.2 共用断流支路的直流断路器的技术支撑 |
2.4 本章小结 |
3 一种具有柔性开断能力的多端口混合直流断路器 |
3.1 概述 |
3.2 新拓扑原理和配置 |
3.2.1 拓扑原理介绍 |
3.2.2 配置方案 |
3.3 工作流程 |
3.3.1 正常运行过程 |
3.3.2 具备能量缓冲能力的故障电流转移过程 |
3.3.3 柔性开断与故障能量的完全耗散 |
3.4 故障电流开断过程的定量分析 |
3.4.1 多端柔性直流系统的等效 |
3.4.2 断路器应力分析 |
3.5 仿真验证 |
3.6 优势分析 |
3.6.1 电压应力对比 |
3.6.2 成本比对 |
3.7 本章小结 |
4 多端口直流断路器样机研究 |
4.1 概述 |
4.2 实验平台设计 |
4.2.1 模拟故障平台的设计 |
4.2.2 HCB一次电路设计 |
4.2.3 HCB控制电路设计 |
4.3 多端口直流断路器实验平台的仿真验证 |
4.3.1 仿真参数配置 |
4.3.2 仿真结果分析 |
4.4 实验平台器件选型 |
4.4.1 主要器件选型 |
4.4.2 驱动核心选型与驱动电路方案设计 |
4.5 平台展示与低压实验 |
4.5.1 实验时序设计 |
4.5.2 实验准备 |
4.5.3 样机展示与波形记录 |
4.6 本章小结 |
5 总结与展望 |
5.1 主要研究内容与结论 |
5.2 工作展望 |
参考文献 |
作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
学位论文数据集 |
(3)柔性直流换流站短路工况下直流场磁场建模分析(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 柔直换流站电磁干扰 |
1.2.2 电气设备磁场建模 |
1.3 本文主要工作 |
第2章 柔直换流站直流场电气设备磁场建模 |
2.1 混合式直流断路器 |
2.2 平波电抗器 |
2.3 母线、电缆和接地网 |
2.4 直流场金属网 |
2.5 本章小结 |
第3章 定海换流站短路故障直流场磁场特性分析 |
3.1 短路故障电流仿真 |
3.2 直流场电气设备磁场建模 |
3.2.1 直流场电气设备布局 |
3.2.2 电气设备周围磁场计算 |
3.3 模型验证 |
3.3.1 人工短路试验 |
3.3.2 模型验证 |
3.4 单/双极短路故障时直流场内磁场特性分析 |
3.4.1 敏感位置磁场计算 |
3.4.2 直流场磁场分布 |
3.5 本章小结 |
第4章 张北换流站短路故障直流场磁场特性分析 |
4.1 短路故障电流仿真 |
4.2 直流场电气设备磁场建模 |
4.2.1 直流场电气设备布局 |
4.2.2 电气设备周围磁场计算 |
4.3 单/双极短路故障时直流场内磁场特性分析 |
4.3.1 敏感位置磁场计算 |
4.3.2 直流场磁场分布 |
4.4 磁场抗扰度试验波形相关性分析 |
4.4.1 抗扰度试验标准波形 |
4.4.2 短路工况下磁场波形相关性分析 |
4.5 本章小结 |
第5章 结论与展望 |
5.1 结论 |
5.2 展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
(4)激光触发真空开关固有介质恢复特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 真空介质恢复特性研究现状 |
1.2.2 气体介质恢复特性研究现状 |
1.3 研究目的与意义 |
1.4 本文内容及章节安排 |
1.4.1 本文主要研究内容 |
1.4.2 本文章节安排 |
2 LTVS介质恢复特性理论基础 |
2.1 真空电弧的基本特性 |
2.2 激光触发真空开关电弧特性 |
2.2.1 激光触发真空开关电弧特点 |
2.2.2 激光触发真空开关熄弧过程 |
2.3 弧后介质恢复时间计算理论 |
2.3.1 弧后真空间隙金属蒸汽的衰减过程 |
2.3.2 临界蒸汽密度的确定 |
2.4 本章小结 |
3 激光触发真空开关电磁场及电流源仿真分析 |
3.1 LTVS电场仿真分析 |
3.2 LTVS磁场仿真分析 |
3.3 高频电流源仿真 |
3.4 本章小结 |
4 激光触发真空开关介质恢复特性实验设计 |
4.1 LTVS介质恢复特性实验平台 |
4.2 试验腔体及高频电流源回路 |
4.2.1 试验腔体 |
4.2.2 高频电流源回路 |
4.3 脉冲高压源设计 |
4.3.1 脉冲高压发生回路 |
4.3.2 脉冲高压上升率特性研究 |
4.3.3 脉冲高压上升时间研究 |
4.4 本章小结 |
5 LTVS固有介质恢复特性研究 |
5.1 LTVS固有介质恢复特性实验 |
5.1.1 时序控制 |
5.1.2 不同时刻介质恢复强度 |
5.2 不同电流峰值下LTVS介质恢复特性 |
5.3 不同电流频率下LTVS介质恢复特性 |
5.4 不同电极间距下LTVS介质恢复特性 |
5.5 外加磁场对LTVS介质恢复特性影响探究 |
5.6 本章小结 |
结论 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
致谢 |
(5)压接式功率半导体模块的机-热耦合机制及应力优化设计研究(论文提纲范文)
致谢 |
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.1.1 柔性直流输电技术的发展现状及趋势 |
1.1.2 压接式功率模块的技术优势及应用现状 |
1.2 压接式功率模块的研究现状及挑战 |
1.2.1 典型封装结构及功率模组性能研究现状 |
1.2.2 机-电-热多物理场耦合行为机制研究现状 |
1.2.3 机-电-热多物理场应力分布规律研究现状 |
1.2.4 压接式多芯片封装技术面临的挑战 |
1.3 本文研究内容 |
1.3.1 压接式功率模块的机-热正交分布模型 |
1.3.2 压接式封装中机-热物理场的分布式优化设计 |
1.3.3 计及并联芯片热耦合效应的压变型复合热网络 |
第2章 压接式功率模块的机-热正交分布模型 |
2.1 压接式功率模块及功率模组的机械结构 |
2.1.1 多芯片并联的模块封装布局 |
2.1.2 集中式载荷下的模组型式设计 |
2.2 压接式功率模块的正交机-热分布模型 |
2.2.1 非对称双面散热边界上的热阻参数分布 |
2.2.2 压接平面上的机-热应力场失衡分布 |
2.3 压接功率模组的型式试验及机-热应力特性分析 |
2.3.1 压接功率模组型式试验平台 |
2.3.2 压接功率模组内损耗计算及分布 |
2.3.3 温度分布测试及机-热应力不均特性实验验证 |
2.4 本章小结 |
第3章 压接式功率模块机-热物理场的分布式优化 |
3.1 基于弹性半空间理论的接触力场模型 |
3.2 接触力场的分布式优化及对应封装设计方法 |
3.2.1 分布式载荷下的力场平衡模型 |
3.2.2 分布式载荷下的夹具内嵌式设计 |
3.3 基于分布式压接封装技术的模块样机开发 |
3.3.1 分布式压接功率模块的多芯片并联模型 |
3.3.2 压接机械组件的安装和可行性分析 |
3.3.3 分布式压接功率模块的电磁优化特性 |
3.4 压接功率模块多物理场的分布式耦合效果验证 |
3.4.1 分布式压接功率模块工作可行性分析 |
3.4.2 多芯片机-热应力稳态分布实验结果 |
3.4.3 多芯片机-热应力动态分布实验结果 |
3.5 本章小结 |
第4章 计及并联芯片热耦合效应的压变型复合热网络 |
4.1 芯片通流单元的压变型热网络 |
4.2 含热耦合阻抗的多芯片压变型复合热网络 |
4.2.1 多芯片压变型复合热网络的建模机理 |
4.2.2 多芯片压变型复合热网络的等效转换 |
4.2.3 弹性形变时热耦合阻抗的压变型热网络响应 |
4.2.4 塑性形变时热耦合阻抗的压变型热网络响应 |
4.3 压变型热网络模型的特性验证 |
4.3.1 分布式压变功率模块结构 |
4.3.2 不同压力载荷下的稳态热分布实验结果 |
4.3.3 分布式压变功率模块中热耦合特性分析 |
4.4 本章小结 |
第5章 总结与展望 |
5.1 论文工作总结 |
5.2 今后工作展望 |
参考文献 |
攻读博士学位期间发表的论文和其它成果 |
攻读博士学位期间参加的科研工作 |
(6)高压直流断路器瞬态电气特性与快速重合闸研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 选题背景及意义 |
1.2 国内外研究情况 |
1.2.1 直流断路器发展概述 |
1.2.2 高压直流断路器的两条技术路线及应用 |
1.3 本文主要内容 |
第2章 混合式高压直流断路器分断过程的毫秒级瞬态电气特性分析 |
2.1 拓扑结构 |
2.2 不同工况下的工作原理 |
2.2.1 正常分断 |
2.2.2 正常闭合 |
2.2.3 故障分断 |
2.2.4 重合闸 |
2.3 毫秒级瞬态电气特性研究 |
2.3.1 等效研究平台 |
2.3.2 正常工作阶段 |
2.3.3 故障发生后 |
2.3.4 第一次换流后 |
2.3.5 第二次换流后 |
2.4 本章小结 |
第3章 混合式高压直流断路器分断过程的微秒级瞬态电气特性分析 |
3.1 桥式子模块拓扑结构与工作原理 |
3.2 缓冲电路对桥式子模块通断瞬态电气特性影响研究 |
3.2.1 研究对象与研究目标 |
3.2.2 研究平台 |
3.2.3 理论分析 |
3.2.4 仿真验证 |
3.3 IGBT模型对微秒级瞬态电气特性影响研究 |
3.3.1 IGBT理想开关模型 |
3.3.2 IGBT复合模型 |
3.3.3 仿真分析 |
3.4 本章小结 |
第4章 高压直流断路器快速重合闸研究 |
4.1 重合闸适应性 |
4.2 快速泄流型混合式直流断路器方案 |
4.2.1 拓扑结构 |
4.2.2 故障分断原理 |
4.2.3 重合闸适应性分析 |
4.3 改进方案及理论分析 |
4.3.1 三种改进方案 |
4.3.2 理论分析 |
4.4 仿真验证 |
4.4.1 原方案分析 |
4.4.2 改进方案分析 |
4.5 方案对比 |
4.6 本章小结 |
第5章 总结与展望 |
5.1 全文总结 |
5.2 研究展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读硕士学位期间发表的论文 |
学位论文评阅及答辩情况表 |
(7)基于DSRD的脉冲功率源系统设计及研制(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第一章 绪论 |
1.1 脉冲功率技术概述 |
1.2 相关开关器件介绍说明 |
1.3 国内外研究现状 |
1.3.1 国外DSRD器件发展情况 |
1.3.2 国内DSRD器件发展情况 |
1.4 本文主要工作及章节安排 |
第二章 基本理论分析 |
2.0 引言 |
2.1 等离子体断路开关工作原理 |
2.2 DSRD基本工作原理 |
2.3 基于DSRD的典型电路分析 |
第三章 系统仿真实验研究 |
3.1 DSRD仿真模型建立 |
3.1.1 DSRD器件性能 |
3.1.2 DSRD仿真模型建立 |
3.1.3 仿真模型验证 |
3.2 脉冲发生器系统电路设计 |
3.2.1 脉冲发生器模块化设计 |
3.2.2 脉冲发生器系统电路设计 |
3.2.3 参数优化 |
3.3 脉冲发生器仿真工作 |
3.4 本章小结 |
第四章 脉冲发生器系统研制及测试 |
4.1 脉冲发生器系统研制 |
4.2 脉冲发生器系统工作情况测试及分析 |
4.3 基于多个DSRD脉冲发生器输出波形测试及重复实验研究 |
4.4 本章小结 |
第五章 总结与展望 |
5.1 主要工作与结论 |
5.2 不足之处及进一步规划 |
致谢 |
参考文献 |
附录 |
(8)SiC JFET直流固态断路器及其串并联技术研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 直流固态断路器研究背景 |
1.1.1 直流断路器研究意义 |
1.1.2 直流断路器研究现状 |
1.2 大容量直流固态断路器的研究背景 |
1.2.1 大容量固态断路器研究意义 |
1.2.2 大容量SiC固态断路器研究现状 |
1.3 本文主要研究内容 |
第2章 超快速直流固态断路器电路设计与原理分析 |
2.1 固态断路器拓扑结构与工作原理 |
2.1.1 主开关功率器件选型 |
2.1.2 直流固态断路器拓扑设计 |
2.1.3 直流固态断路器工作原理 |
2.2 直流固态断路器电路设计 |
2.2.1 直流固态断路器采样及驱动电路设计 |
2.2.2 直流固态断路器控制电路设计 |
2.3 电路设计仿真验证 |
2.4 本章小结 |
第3章 直流断路器并联均流技术研究 |
3.1 SiC JFET开关特性及寄生参数影响分析 |
3.1.1 SiC JFET开关特性分析 |
3.1.2 寄生参数对开关过程的影响仿真分析 |
3.2 影响SiC JFET并联均流因素及仿真分析 |
3.2.1 影响SiC JFET并联均流的因素 |
3.2.2 线路参数对并联均流影响仿真分析 |
3.3 SiC JFET的并联均流措施及电路设计 |
3.3.1 SiC JFET动静态均流措施 |
3.3.2 400V/300A固态断路器并联电路设计 |
3.3.3 400V/300A固态断路器仿真验证 |
3.4 本章小结 |
第4章 直流断路器串联均压技术研究 |
4.1 功率半导体器件串联 |
4.1.1 器件串联均压影响因素及仿真分析 |
4.1.2 器件串联动静态均压措施 |
4.2 单驱动串联电路 |
4.2.1 单驱动串联电路原理 |
4.2.2 单驱动串联电路研究现状 |
4.3 1500 V/38A直流断路器串联电路设计与仿真 |
4.3.1 串联电路拓扑设计及原理分析 |
4.3.2 串联电路拓扑仿真分析 |
4.4 本章小结 |
第5章 直流固态断路器样机研制与实验验证 |
5.1 400V/38A超快速直流断路器样机研制与实验验证 |
5.1.1 大电流短路实验平台 |
5.1.2 400 V/38A直流固态断路器样机研制 |
5.1.3 400 V/38A直流固态断路器实验验证 |
5.2 400V/300A直流固态断路器样机研制及实验验证 |
5.2.1 400 V/300A直流固态断路器样机研制 |
5.2.2 400 V/300A直流固态断路器均流效果实验验证 |
5.3 1500V/38A直流固态断路器样机研制及实验验证 |
5.3.1 1500 V/38A直流固态断路器样机研制 |
5.3.2 1500 V/38A直流固态断路器均压效果实验验证 |
5.4 本章小结 |
总结与展望 |
参考文献 |
附录A 攻读学位期间获得的研究成果 |
致谢 |
(9)直流断路器用IGBT通态退饱和电流预测模型及其应用(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 IGBT建模 |
1.2.2 IGBT测试平台 |
1.2.3 IGBT驱动电压选取 |
1.3 本文主要工作 |
第2章 IGBT通态退饱和电流预测模型及其参数提取 |
2.1 直流断路器用IGBT通态特征分析 |
2.1.1 断路器用IGBT通态热应力仿真 |
2.1.2 IGBT通态退饱和特征分析 |
2.2 IGBT通态退饱和电流预测模型 |
2.2.1 通态退饱和的基本电流条件 |
2.2.2 考虑结温变化的退饱和电流预测模型 |
2.3 模型参数提取 |
2.3.1 模型静态参数提取 |
2.3.2 直流断路器工况中IGBT结温等效计算 |
2.4 本章小结 |
第3章 具有器件保护功能的IGBT测试平台 |
3.1 测试平台研制 |
3.1.1 大电流应力测试中的器件保护原理 |
3.1.2 电路拓扑与设备选型原则 |
3.1.3 控制与驱动系统 |
3.2 测试平台保护功能考核 |
3.3 本章小结 |
第4章 预测模型验证及通态退饱和电流影响因素分析 |
4.1 典型测试结果与预测模型验证 |
4.1.1 IGBT通态退饱和电流识别 |
4.1.2 预测模型验证 |
4.2 基于模型的通态退饱和电流影响因素分析 |
4.3 本章小结 |
第5章 500kV直流断路器用IGBT驱动电压选取 |
5.1 500kV混合式直流断路器电流分断能力需求 |
5.2 直流断路器用IGBT驱动电压选取 |
5.2.1 断路器动作时序正常时转移支路驱动电压选取 |
5.2.2 断路器发生拒动时主支路驱动电压选取 |
5.3 本章小结 |
第6章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
(10)用于激励固体绝缘缺陷的SOS型高压重频纳秒脉冲电源的研制(论文提纲范文)
0 引言 |
1 纳秒脉冲电源工作原理 |
2 脉冲电源主要器件选择 |
2.1 初级单元开关器件 |
2.2 脉冲变压器 |
2.3 SOS开关 |
3 脉冲电源驱动控制系统 |
4 脉冲电源调试及应用 |
4.1 脉冲电源调试 |
4.2 纳秒脉冲电源局部放电检测平台 |
5 结语 |
四、半导体断路开关及其应用(论文参考文献)
- [1]基于ICCOS的电感储能连续脉冲电源拓扑研究[D]. 梁晓宇. 山东理工大学, 2021
- [2]基于新型多端口直流断路器的柔性直流电网故障隔离策略研究[D]. 赵宇鸿. 北京交通大学, 2021
- [3]柔性直流换流站短路工况下直流场磁场建模分析[D]. 包萌. 华北电力大学(北京), 2021(01)
- [4]激光触发真空开关固有介质恢复特性研究[D]. 张虎波. 大连理工大学, 2021
- [5]压接式功率半导体模块的机-热耦合机制及应力优化设计研究[D]. 常垚. 浙江大学, 2021
- [6]高压直流断路器瞬态电气特性与快速重合闸研究[D]. 李博伟. 山东大学, 2020(10)
- [7]基于DSRD的脉冲功率源系统设计及研制[D]. 张琦. 中国工程物理研究院, 2019(01)
- [8]SiC JFET直流固态断路器及其串并联技术研究[D]. 雷芷琪. 湖南大学, 2019(06)
- [9]直流断路器用IGBT通态退饱和电流预测模型及其应用[D]. 李鸿达. 华北电力大学(北京), 2019(01)
- [10]用于激励固体绝缘缺陷的SOS型高压重频纳秒脉冲电源的研制[J]. 张彦斌,岳永刚,张晓萌,张永鹏,刘成英,丁臻捷,杨兰均. 高压电器, 2018(11)