MW级风电变流器功率器件的自适应数字驱动研究

功率器件开关过程的电压电流变化率du/dt、di/dt对变流器的效率、EMI等关键问题有着决定性作用。尤其是在MW级风电变流器中，du/dt、di/dt具有更大的变化空间，所以对于它们的控制就显得更加关键。同时，MW级风电变流器的大功率波动特性又使得传统基于模拟开环、模拟闭环驱动的du/dt、di/dt控制策略具有各自的局限性。基于此，本课题提出一种MW级风电变流器功率器件的自适应数字驱动策略。拟将FPGA嵌入驱动电路，用多段数字化方式反馈功率器件寄生电感及通态电阻电压，再结合FPGA内部时钟信号dt，通过FPGA计算实现数字化du/dt、di/dt观测。在此基础上，通过FPGA编程动态选择门极驱动电压、动态分段改变门极电阻来实现闭环驱动。相比于模拟驱动，数字驱动的反馈和控制参数对于MW级风电变流器大容量大功率波动特性具有灵活的自适应性，能够实现更高效率、更低EMI水平的变流器。

课题组按照申请书中所提的研究范围进行了全面的研究，首先我们建立了功率器件的双脉冲实验平台，研究和建立了功率器件的动态模型。在此基础上设计了第一版本的数字驱动板，包含了有源钳位、软关断、变电阻驱动等功能。我们搭建了100kW直驱型风电变流器的模型，并在此模型上验证数字驱动技术，与传统模拟驱动技术进行比较。在以上基础上，课题组和专业公司进行合作，共同开发了终版的数字驱动板。在数字驱动技术基础上，课题组延生研究了新型的功率拓扑技术，最后，在承担的国家电网项目--高压STATCOM上应用了数字驱动技术。.通过本课题的研究，我们培养和正在培养硕士3名，发表了20篇论文，包括5篇SCI检索论文，申请专利7项，并获得2项授权。