█ 应用背景

随着规模化新能源的应用，电力电子装备在电力系统中得到广泛的应用，其中高压大功率电力电子器件，是制造各类电力电子装备的核心器件。随着高压大功率电力电子器件的电压等级逐渐提升，器件封装绝缘已成为高压器件自主研制的关键制约因素之一，器件内部电场的准确计算，是器件封装绝缘结构设计的基础。

一般而言，电力电子器件的开通关断频率高，承受重复方波电压的上升时间和下降时间短，对应的频谱宽，材料的介电常数在宽频率范围内会随着频率发生改变，存在介电弛豫特性，同时器件内部存在多种绝缘材料构成的复合绝缘结构，在周期性重复方波电压作用下，器件内部电场分布呈现弛豫特性，电场的幅值会随时间在空间中发生迁移，最终逐渐过渡到稳态。材料及界面电场和电荷的弛豫特性会显著影响电场分布，目前现有成熟的商用电磁仿真软件都未考虑介质弛豫过程，且难以准确计算介质界面的电场分布，因此亟需开发一款考虑介质弛豫特性的瞬态电场仿真软件。

此外，随着新型电力系统的建设进程的推进，系统中装备不可避免承受着非正弦电压激励，特别是各类电力电子装备，瞬态电场计算的需求也会日益增加，相关瞬态电场仿真软件的研发对于各类装备的绝缘设计也具有重要的支撑作用。

█ 解决方案

弛豫电场仿真软件是基于自主通用仿真平台的前后处理模块与软件架构，对复频域有限元算法进行封装。算法采用边界电场约束方程法实现介质界面和导体表面电场的准确计算，并采用复频域方法实现长时间电压激励下电场的快速计算，快速形成可商业化应用的行业仿真工具。

弛豫电场仿真软件可用于准确分析高压大功率IGBT器件开关过程中的电场分布特性，同时可以扩展应用于电力装备在各类瞬态高压激励下的内部电场分布情况。通过本软件，能够快速准确获取介质分界面电场分布、电荷分布，以便快速评估其绝缘性能，并针对性采取改进措施。

█ 软件功能

软件基于自主通用仿真平台定制，添加模块专用功能，包括材料弛豫特性设置添加、材料弛豫特性模型库以及电压激励的定义，并集成了考虑介质弛豫特性的复频域有限元法求解器。弛豫模型库包含常用介质的弛豫模型，方便调用，并支持用户自行添加。

专用弛豫模型库

弛豫特性设置

█ 应用案例

IGBT瞬态电场仿真

双弛豫介质瞬态电场仿真