[發(fā)明專利]一種模塊化多電平換流器在線損耗計算方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110404663.6
• 申請日: 2011-12-08
• 公開（公告）號: CN102570864A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設計）人: 趙成勇;楊柳;肖湘寧;許建中
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H02M7/12
• 分類號: H02M7/12
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權代理有限公司 11246
• 代理人: 朱琨

技術領域

本發(fā)明屬于輸配電領域，特別涉及一種模塊化多電平換流器在線損耗計算方法。

背景技術

近年來，為滿足經(jīng)濟增長對電力供應日益增加的需求，基于大功率全控型可關斷電力電子器件的電壓源換流器(Voltage?Source?Converter，簡稱VSC)被廣泛地用于高壓直流輸電(High?Voltage?Direct?Current，簡稱HVDC)技術中，且取得了良好的運行業(yè)績，稱之為柔性直流輸電技術(VSC-HVDC)。但是，該系統(tǒng)(采用柔性直流輸電技術)的損耗遠遠大于傳統(tǒng)直流輸電系統(tǒng)的損耗，這主要是由于柔性直流輸電技術采用較大的換流器損耗造成的，尤其是兩電平、三電平電壓源換流器，雖然其拓撲結構、控制策略較為簡單，但開關頻率高、換流器損耗較大，這也成為其應用于大功率遠距離傳輸?shù)闹饕系K，所以對電壓源換流器的損耗特性進行深入研究并提出相關的降損措施將具有重要的工程意義。

一種新型電壓源換流器拓撲——模塊化多電平換流器(MMC)因其控制靈活、開關頻率低、損耗小等特性，在柔性直流輸電工程中正逐步得到應用。模塊化多電平換流器的損耗特性研究也成為柔性直流輸電技術的重要研究內(nèi)容之一，現(xiàn)有的損耗計算方法大都針對兩電平電壓源換流器，關于模塊化多電平換流器損耗計算的研究非常少。與兩電平換流器相比，模塊化多電平換流器的拓撲結構、控制方式及損耗特性都有很大差異，現(xiàn)有的兩電平換流器損耗計算方法只有一部分能運用到模塊化多電平換流器的損耗計算中。

一方面來說，因模塊化多電平換流器拓撲結構、運行機理及控制方式的特殊性，同一時刻流過上下橋臂IGBT模塊的電流可能不同，雖用理論分析以及經(jīng)驗公式的方法也能推出模塊化多電平換流器上下橋臂的電流值，但是隨著運行環(huán)境的變化，比如系統(tǒng)調(diào)制度變化或者系統(tǒng)故障時，這些公式的適用性就會大大減小。另一方面，當模塊化多電平換流器的電平數(shù)很高，也就是模塊化多電平換流器每相的上下橋臂具有很多個SM模塊時，計算損耗時需要測量流入每個SM模塊中兩個IGBT器件及兩個續(xù)流二極管(FWD)器件的電流，還需要檢測每個器件的導通狀態(tài)，如果人工計算換流器損耗的話，工作量將非常巨大；比如已于2010年投運的美國Trans?Bay?Cable?Project(TBC工程)，該工程采用199電平模塊化多電平換流器，每相上下橋臂各有216個SM模塊，其中198個SM模塊投入運行構成199電平，另外18個SM模塊冗余，如果要測量其損耗，必須測量獲得3×2×216×2＝2592(其中3是指MMC三相橋，2×216為MMC單相橋臂SM模塊的個數(shù)，最后一個2為每個SM模塊中的IGBT器件個數(shù)或者續(xù)流二極管器件個數(shù))個IGBT的電流和同樣個數(shù)的續(xù)流二極管的電流；但是如果采用在線檢測的方法，只需要給每個器件里面增加相應的電氣量測點，搭建相應的計算模塊，通過一定的算法，就可以依托于計算機，在很短的仿真時間內(nèi)，快速方便的實現(xiàn)仿真中損耗的實時計算，能夠大大減小工作量。于是就要尋找一種能夠適用于任何情況的損耗計算方法，目前尚沒有文獻對模塊化多電平換流器在線損耗計算方法進行系統(tǒng)的研究，所以，隨著工程實際的廣泛應用，選擇合適的仿真環(huán)境PSCAD/EMTDC，針對模塊化多電平換流器在線損耗計算方法作深入研究有著迫切的需求性和必要性，這將不僅具有重大的理論創(chuàng)新意義，還具有重要的實際工程價值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述缺陷公開了種模塊化多電平換流器在線損耗計算方法。它包括以下步驟：

1)通過測量獲得A相橋臂電流i_a、B相橋臂電流i_b、C相橋臂電流i_c和當前環(huán)境的工作溫度t，然后計算每個SM模塊中第一IGBT、第二IGBT、第一續(xù)流二極管和第二續(xù)流二極管的通態(tài)損耗：

2)計算每個SM模塊中第一IGBT和第二IGBT的開關損耗以及第一續(xù)流二極管和第二續(xù)流二極管的反向恢復損耗；

3)通過損耗計算模塊計算IGBT總通態(tài)損耗P_Tcon、續(xù)流二極管總通態(tài)損耗P_Dcon、IGBT總開關損耗P_Tsw、續(xù)流二極管總反向恢復損耗P_Drec、IGBT總損耗P_T、續(xù)流二極管總損耗P_D、模塊化多電平換流器總通態(tài)損耗P_con、模塊化多電平換流器總開關損耗P_sw、模塊化多電平換流器總損耗P_tot和模塊化多電平換流器損耗比K。

所述步驟1)具體包括以下步驟：