[發明專利]一種確定H橋模塊和級聯多電平變換器安全工作區的方法

有效

• 申請號: 201611141433.4
• 申請日: 2016-12-12
• 公開（公告）號: CN106787872B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 蔡博;蔣燁;喬光堯;趙爭鳴;趙國亮;鄧占鋒;李凱;雷晰;黃杰;袁立強;陳明慶
• 申請（專利權）人: 全球能源互聯網研究院有限公司;國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院;清華大學;國家電網有限公司
• 主分類號: H02M7/48
• 分類號: H02M7/48;H02M7/49;H02M7/5387
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 吳黎

本發明公開了一種確定H橋模塊的安全工作區的方法和一種確定級聯型多電平變換器的系統安全工作區的方法，所述確定H橋模塊的安全工作區的方法包括：獲取所述H橋模塊的開關器件、二極管和電容的特征參數；獲取所述開關器件的安全工作邊界條件；根據所述開關器件、電容和二極管的特征參數，以及所述開關器件的安全工作邊界條件獲取所述開關器件的模塊安全工作區；獲取所述二極管的模塊安全工作區；根據所述開關器件的模塊安全工作區和所述二極管的模塊安全工作區的交集獲取所述H橋模塊的安全工作區。由此，可以精確地對器件特性進行描述，從而準確地確定器件在變換器中的安全工作范圍。

技術領域

本發明涉及電子電力變換器技術領域，具體涉及一種確定H橋模塊的安全工作區和級聯型多電平變換器的系統安全工作區的方法。

背景技術

級聯型多電平變換器以其模塊化、可擴展和便于冗余容錯設計等優勢在大功率場合得到了廣泛應用。在級聯型多電平變換器的設計中，系統安全工作區是系統設計和器件選型的基礎。根據特定型號器件可以計算單個模塊的安全工作范圍，在安全工作區允許的條件下，可以按照變換器的容量和電壓等級選擇器件電壓電流、模塊數和各個模塊的額定工作點，得到最優的系統設計方案，使系統成本和體積盡量小。模塊工作時的保護閾值根據系統安全工作區及運行區來設置，保證系統的安全和可靠性。如果計算得到的系統安全工作區比實際變換器可安全運行的最大區域范圍大，則按照此系統安全工作區設計的變換器有發生故障和失效的風險，可靠性不足；如果計算得到的系統安全工作區比實際變換器可安全運行的最大區域范圍小，則失去提高器件的利用率的優勢，按照此系統安全工作區設計模塊化多電平級聯變換器會使得模塊數增多，或者單個模塊需要選擇更大容量的器件，導致模塊化多電平級聯變換器成本急劇上升，體積過大，占地增加，甚至在運行過程中頻繁觸發保護。因此，能否準確地界定系統安全工作區尤為重要。

而傳統的余量設計方法，把功率半導體器件(一般為IGBT器件)本身的安全工作區等同于系統的安全工作區，而在選擇器件時根據經驗將變換器工作的電壓電流放大一定余量，得到所需用器件的額定電壓電流。這種方法為了保證器件和裝置的可靠性，往往選擇過大的余量，降低了器件利用率。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，傳統的余量設計法的器件利用率低。

為此，本發明實施例提供了一種確定H橋模塊的安全工作區的方法，所述H橋模塊包括開關器件、二極管和電容，且將所述電容兩端的電壓和流過所述電容的電流定義為所述H橋模塊的工作點，所述方法包括：獲取所述開關器件、二極管和電容的特征參數；獲取所述開關器件的安全工作邊界條件，所述開關器件的安全工作邊界條件是所述開關器件的電流和電壓與所述開關器件在預設結溫時允許的最大電流、最大電壓之間的關系；根據所述開關器件、電容和二極管的特征參數，以及所述開關器件的安全工作邊界條件獲取所述H橋模塊的工作點與所述開關器件在所述預設結溫時允許的最大電流、最大電壓之間的關系，即所述開關器件的模塊安全工作區；獲取所述二極管的模塊安全工作區；根據所述開關器件的模塊安全工作區和所述二極管的模塊安全工作區的交集獲取所述H橋模塊的安全工作區。

可選的，所述開關器件、二極管和電容的特征參數包括：所述電容的電流上升率，所述電容的電壓上升率，所述開關器件在其響應所述H橋模塊的故障而關斷的過程中的電流上升率，所述電容的雜散電感，所述開關器件內部的雜散電感，所述開關器件在短路過程中的電壓平均值與所述電容的電壓平均值的比值，所述二極管反向恢復所允許的最大工作電流。

可選的，所述電容的電流上升率當所述H橋模塊發生軟短路故障時，是：

其中，i_DC是流過所述電容的電流，是所述電容的電流上升率，v_DC是所述電容兩端的電壓，L_σ是所述開關器件的雜散電感，L_ls是串聯于所述H橋橋臂的電感，L_DC為所述電容的雜散電感；