本项目针对大容量电能变换系统电网接口电磁兼容的设计要求,提出适用于高电压、大电流(5kV/1kA)工作场合滤波器的结构设计,满足10kHz-30MHz以内传导电磁干扰抑制的需求;提出消除电容寄生电感的引线布局设计方法,实现大型电能变换系统滤波电容器的性能优化;建立包含高频参数在内变压器的精确传输函数模型,研究变压器对传导干扰的影响机理;在此基础上,研究并提出新的变压器与滤波器一体化的结构设计,实现电网配电与电磁干扰抑制的性能组合;并在考虑系统电磁干扰模型及变压器、滤波器结构和参数匹配的情况下,得到一套基于功率、效率和电磁干扰性能指标相结合的定量设计理论与方法。该项目将突破传统无源EMI滤波器的局限性,为大容量电能变换系统电磁干扰抑制提供一种新思路,不仅可以满足军事高端领域应用的迫切需要,还可以推广到其它电力电子应用领域,具有重要的科学意义与经济效益。
High-voltage power converters;transformers;EMI filter;transmission line modeling;multilayer planer bus-bar
舰船综合电力系统中存在大量高功率密度的电力电子变流设备,这些设备功率等级大,干扰分布广,且强电系统与弱电设备共存于同一个平台,强弱电系统间的干扰耦合不可避免,传统干扰抑制方法受制于材料特性与体积限制,无法直接应用于综合电力系统。为满足系统的电能品质要求和强弱电设备的兼容工作要求,本项目针对大容量电能变换系统电网接口电磁兼容的设计要求,建立包含高频参数在内变压器的精确传输函数模型,研究整流变压器对传导干扰的影响机理;提出中大功率多电平级联装置共模干扰抑制方法、复杂电力电子装置的多端口均衡EMI滤波方法、等效负电容共模干扰抑制方法和系统级互感耦合干扰对消方法,解决了多项舰船独立电力系统中电磁不兼容的技术难题;研究大规模互联导线辐射电磁场建模方法,分析和解决复杂系统中能量信号传输和数据信号传输的电磁兼容性和信号完整性问题;研究超大容量电能变换装置复合母排的均流、换流回路杂散电感及电路建模等问题,为复杂电力电子设备的母排分层结构设计、EMI预测分析及开关损耗等计算提供理论依据和解决思路。上述多数研究成果,在多型舰船电力系统及其电力电子变流设备的研制中发挥了重要指导作用,取得了良好的应用效果。