柔性直流换流阀功率单元的大气中子加速辐照试验方法技术

本发明专利技术公开了柔性直流换流阀功率单元的大气中子加速辐照试验方法，包括：在预设的第一数量的试验温度下，对多个待测功率单元注入中子束流并施加预设的第二数量的试验电压，对多个待测功率单元进行试验，功率单元为功率器件或功率器件内的芯片；监测并记录试验过程中的中子注量和各待测功率单元的泄漏电流，根据预设的失效条件判断各待测功率单元是否失效，预设的失效条件与泄漏电流相关；当满足预设的结束条件时，停止注入中子束流并结束试验，预设的结束条件与中子注量、柔性直流换流阀使用地的海拔高度相关。本发明专利技术针对高海拔地区的工作环境，测试效率高，能准确评估功率单元因大气中子引起的失效率，获得功率单元的安全工作电压边界。电压边界。电压边界。

【技术实现步骤摘要】
柔性直流换流阀功率单元的大气中子加速辐照试验方法


[0001]本专利技术涉及柔性直流输电
，尤其是涉及柔性直流换流阀功率单元的大气中子加速辐照试验方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着智能电网的快速发展，风力、太阳能等可再生能源发电技术的推广应用，柔性直流输电技术得到了快速发展和应用。柔性直流输电作为新一代直流输电技术，可以独立控制有功、无功，能够支持大规模可再生能源的高效接入，在孤岛供电、新能源并网、可再生能源远距离输送、交流系统互联等领域已有广泛应用。
[0003]换流阀是柔性直流输电技术中的核心设备，随着电压等级与传输能力的不断提高，对柔性直流换流阀的可靠性要求越来越高。柔性直流换流阀功率器件包括IGBT、二极管、旁路晶闸管等电力电子器件，柔性直流换流阀功率器件的有效性对柔性直流换流阀的安全运行非常重要。
[0004]大气中子通量与海拔呈现正相关关系，海拔越高，中子通量越大。对于高压功率半导体器件，大气中子会导致大电流烧毁、栅穿等失效，给大量应用功率器件的电力传输等高可靠性需求系统带来了严重的威胁。功率器件宇宙射线失效模式主要是单粒子失效，当功率器件处于阻断状态时，高能中子入射到半导体器件中发生核反应，产生的核反应次级粒子为带电粒子，会沿着运行轨迹电离产生电子
‑
空穴对，该电子
‑
空穴对在器件内电场的加速下发生电流倍增雪崩效应，进而出现局部热点，发生不可逆雪崩失效。
[0005]开展高海拔地区柔性直流换流阀功率器件大气中子加速辐照试验，目前无试验方法可依。国外供货商研究深度各不相同，大都基于理论计算或仿真的方式开展高海拔地区使用的失效率评估，国内研究经验更少，器件厂无法给出高海拔地区使用的失效率评估数据，需要开展中子辐照加速试验，研究宇宙射线对换流阀的影响，获取试验数据支撑工程柔性直流换流阀关键参数设计。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供柔性直流换流阀功率单元的大气中子加速辐照试验方法，以解决现有技术中缺乏有效的高海拔使用环境中柔性直流换流阀功率单元失效率测试方法的技术问题。
[0007]本专利技术的目的，可以通过如下技术方案实现：
[0008]柔性直流换流阀功率单元的大气中子加速辐照试验方法，包括：
[0009]在预设的第一数量的试验温度下，对多个待测功率单元注入中子束流并施加预设的第二数量的试验电压，对多个待测功率单元进行试验，所述功率单元为功率器件或功率器件内的芯片；
[0010]监测并记录试验过程中的中子注量和各待测功率单元的泄漏电流，根据预设的失效条件判断各待测功率单元是否失效，所述预设的失效条件与所述泄漏电流相关；
[0011]当满足预设的结束条件时，停止注入中子束流并结束试验，所述预设的结束条件与所述中子注量、柔性直流换流阀使用地的海拔高度相关。
[0012]可选地，根据预设的失效条件判断各待测功率单元是否失效包括：
[0013]当待测功率单元的泄漏电流大于预设的泄漏电流阈值且失去高压阻断能力时，则判断所述待测功率单元为失效功率单元，否则所述待测功率单元为有效功率单元。
[0014]可选地，停止注入中子束流并结束试验之后还包括：
[0015]根据记录的失效功率单元数量、有效功率单元的中子总注量和实际环境下的平均中子通量得到多个待测功率单元的失效率，根据失效率和预设的失效率阈值判断待测功率单元的有效性是否满足要求；
[0016]其中，有效功率单元的中子总注量T
SUM
＝∑n
i
，n
i
为第i个功率单元失效时的中子注量，若第i个功率单元未发生失效，n
i
为停束时累计的中子注量。
[0017]可选地，根据失效率和预设的失效率阈值判断待测功率单元的有效性是否满足要求具体包括：
[0018]在某一试验温度和试验电压下，当失效率不大于预设的失效率阈值时，则待测功率单元的有效性满足使用要求，否则，待测功率单元的有效性不满足使用要求。
[0019]可选地，当满足预设的结束条件时，停止注入中子束流并结束试验具体包括：
[0020]当试验过程中的中子注量达到预设的中子注量阈值，或发生失效的功率单元数量达到预设的数量阈值时，则停止注入中子束流并结束试验。
[0021]可选地，对多个待测功率单元注入中子束流之前还包括：
[0022]确定对多个待测功率单元进行试验的功率单元的失效率阈值。
[0023]可选地，对多个待测功率单元注入中子束流之前还包括：
[0024]确定对多个待测功率单元进行试验的第一数量的试验温度和第二数量的试验电压。
[0025]可选地，确定对多个待测功率单元进行试验的第二数量的试验电压具体包括：
[0026]在相同的温度下，评估多种电压条件下的中子辐照敏感程度，确定对待测功率单元进行试验的第二数量的试验电压。
[0027]可选地，对多个待测功率单元进行试验之前还包括：
[0028]针对各试验电压和各试验温度的组合，对多个待测功率单元不注入中子束流并施加试验电压，并与对多个待测功率单元注入中子束流的试验进行对比，以便保证功率单元的失效是由中子束流造成的。
[0029]本专利技术提供了柔性直流换流阀功率单元的大气中子加速辐照试验方法，包括：在预设的第一数量的试验温度下，对多个待测功率单元注入中子束流并施加预设的第二数量的试验电压，对多个待测功率单元进行试验；监测并记录试验过程中的中子注量和各待测功率单元的泄漏电流，根据预设的失效条件判断各待测功率单元是否失效，所述预设的失效条件与所述泄漏电流相关；当满足预设的结束条件时，停止注入中子束流并结束试验，所述预设的结束条件与所述中子注量、柔性直流换流阀使用地的海拔高度相关。
[0030]有鉴如此，本专利技术带来的有益效果是：
[0031]本专利技术提供的柔性直流换流阀功率单元的试验方法，考虑了柔性直流换流阀实际工作环境的海拔高度对功率单元有效性的影响，针对高海拔地区柔性直流换流阀的工作环
境，在预设的多个试验温度和试验电压对下，对多个待测功率单元注入中子束流进行试验，测试效率高；监测并记录试验过程中的试验数据，根据试验数据能判断功率单元是否因大气中子导致失效，能获得柔性直流换流阀功率单元准确的安全工作电压边界，能保证柔性直流换流阀在高海拔地区的可靠运行，有利于柔性直流输电工程的应用和发展。
附图说明
[0032]图1为本专利技术方法的流程示意图；
[0033]图2为现有的柔性直流换流阀功率单元的拓扑结构图；
[0034]图3为本专利技术方法进行试验的现场布局示意图；
[0035]其中，T1、T2为IGBT，D1、D2为二极管，SCR为旁路晶闸管，S为旁路开关，C为直流电容器，R为均压电阻。
具体实施方式
[0036]术语解释：
[0037]IGBT(Insulated Gate Bipol本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.柔性直流换流阀功率单元的大气中子加速辐照试验方法，其特征在于，包括：在预设的第一数量的试验温度下，对多个待测功率单元注入中子束流并施加预设的第二数量的试验电压，对多个待测功率单元进行试验，所述功率单元为功率器件或功率器件内的芯片；监测并记录试验过程中的中子注量和各待测功率单元的泄漏电流，根据预设的失效条件判断各待测功率单元是否失效，所述预设的失效条件与所述泄漏电流相关；当满足预设的结束条件时，停止注入中子束流并结束试验，所述预设的结束条件与所述中子注量、柔性直流换流阀使用地的海拔高度相关。2.根据权利要求1所述的柔性直流换流阀功率单元的大气中子加速辐照试验方法，其特征在于，根据预设的失效条件判断各待测功率单元是否失效包括：当待测功率单元的泄漏电流大于预设的泄漏电流阈值且失去高压阻断能力时，则判断所述待测功率单元为失效功率单元，否则所述待测功率单元为有效功率单元。3.根据权利要求2所述的柔性直流换流阀功率单元的大气中子加速辐照试验方法，其特征在于，停止注入中子束流并结束试验之后还包括：根据记录的失效功率单元数量、有效功率单元的中子总注量和实际环境下的平均中子通量得到多个待测功率单元的失效率，根据失效率和预设的失效率阈值判断待测功率单元的有效性是否满足要求；其中，有效功率单元的中子总注量T
SUM
＝∑n
i
，n
i
为第i个功率单元失效时的中子注量，若第i个功率单元未发生失效，n
i
为停束时累计的中子注量。4.根据权利要求3所述的柔性直流换流阀功率单元的大气中子加速辐照试验方法，其特征在于，根据失效率和预设的失效率阈值判断待测功率单元的有效性是否满足要求具体包括：在某一试验温度和试验电压下，当失效率不大于预设的失效率阈值时，则待测功率单元的有效性满足使用...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨柳，彭超，周月宾，张战刚，饶宏，熊岩，雷志锋，徐义良，赵晓斌，
申请(专利权)人：中国电子产品可靠性与环境试验研究所工业和信息化部电子第五研究所中国赛宝实验室，
类型：发明
国别省市：