【精彩论文】直流断路器用IGBT正向恢复特性实验建模

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摘要：直流断路器是柔性直流电网故障清除的主流手段。混合式直流断路器动作前，转移支路IGBT处在正栅极电压的零电压零电流状态，当转移支路电流开始上升时，由IGBT正向恢复过程产生的集-射极电压过冲一旦满足IGBT过流监测判据，将会引起保护误动进而降低装备运行可靠性。针对直流断路器工况下IGBT出现的正向恢复现象，通过建立的IGBT大电流开通实验平台获取了不同电流上升过程中IGBT集-射极电压波形，基于分阶段数学表征建立了能够反映IGBT正向恢复特性的I-U映射关系。与实测结果相比，该模型计算所得的集-射极电压峰值相对误差小于10%，高于过流监测阈值电压的持续时间相对误差小于15%，可支撑直流断路器所用IGBT的过流监测判据的合理制定。
结论：本文研究了直流断路器转移支路IGBT的正向恢复特性建模方法，并通过实验数据验证了模型的正确性，探究了模型的适用性。主要结论如下。

（1）提出了一种能够反映IGBT正向恢复特性的行为模型搭建方法：通过相同形式的数学表征，将实验获取的有限组IGBT的I-U曲线扩展成定义域连续的曲线簇，再通过分阶段拟合方式建立了I-U映射关系。在IGBT零电压零电流开通的电压波形中，由该建模方法计算所得结果与实测结果相比，电压峰值相对误差小于10%，高于过流检测阈值电压的持续时间的相对误差小于15%。

（2）由本文所提建模方法建立的15 V驱动电压下的IGBT模型，可用于预测19 V驱动电压下IGBT零电压零电流开通时的正向恢复电压波形，电压峰值和高于过流检测阈值电压的持续时间的相对误差均小于11%。

引文信息

沈弘, 仝翠芝, 东野忠昊, 等. 直流断路器用IGBT正向恢复特性实验建模[J]. 中国电力, 2021, 54(1): 54-61.SHEN Hong, TONG Cuizhi, DONGYE Zhonghao, et al. Experimental modeling of forward recovery characteristics of igbt for dc circuit breaker[J]. Electric Power, 2021, 54(1): 54-61.

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编辑：杨彪

校对：张重实

审核：方彤

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