[發明專利]一種考慮任務剖面的MMC關鍵器件綜合壽命預測方法

在審

• 申請號: 201810050106.0
• 申請日: 2018-01-18
• 公開（公告）號: CN108399275A
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發明（設計）人: 戴濤;劉黎;姚暉;喬敏;袁杰;李劍波;俞興偉;盧志飛;楊勇;詹志雄;許琤;鄭濤;劉懿;黃萌;孫建軍
• 申請（專利權）人: 國網浙江省電力公司舟山供電公司;國網浙江省電力有限公司;武漢大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 浙江翔隆專利事務所(普通合伙) 33206
• 代理人: 王曉燕

1.一種考慮任務剖面的MMC關鍵器件綜合壽命預測方法，其特征在于包括以下步驟：

1)計算MMC關鍵器件功率損耗：

101)以MMC模塊運行工況作為任務剖面輸入，將實際運行數據轉換為器件電應力剖面，MMC模塊運行工況信息包括有功功率、無功功率；

102)將電應力任務剖面作為輸入，基于損耗計算，獲得IGBT導通和開關損耗；

103)電容內部熱功率由電流作用在其等效串聯電阻而產生，并根據電容電流中包含的工頻波動、二倍頻的波動，計算電容功率損耗；

2)獲得MMC關鍵器件熱阻熱容網絡，并根據電熱比擬理論，將熱運算轉化為電，運算得到MMC關鍵器件內部溫升；

3)將MMC關鍵器件內部溫升代入壽命公式計算分別得到MMC關鍵器件壽命，最終得到MMC綜合壽命。

2.根據權利要求1所述的一種考慮任務剖面的MMC關鍵器件綜合壽命預測方法，其特征在于：步驟2)的具體步驟為：

201)熱阻熱容的計算，熱阻熱容的計算式為：

C_th＝cρdA

式中，d為熱傳導方向上材料的長度；A為每層的面積；λ為材料的導熱系數；c為材料的定壓比熱容；ρ為材料的密度；

202)器件內部溫度計算；器件內部溫度來源包括器件的等效熱阻R_th,i(℃/W)、熱容C_th-jc(J/℃)，環境溫度T_amb(℃)以及器件功率損耗P(W)，據電熱比擬理論，將IGBT內部溫度的熱運算轉化為由Cauer模型等效的一電流源、電阻，電容并聯的一階電路運算，器件功率損耗作為電流源輸入，電阻電容比擬為器件的熱阻熱容；通過求解一階電路的微分方程，求得U_C的表達式，所得U_C即為器件內部溫度；

203)結溫變化計算；器件內部結溫達到一定值后在一個小范圍內循環波動，其結溫上升如下式：

對于散熱階段，結溫變化表示為：

3.根據權利要求2所述的一種考慮任務剖面的MMC關鍵器件綜合壽命預測方法，其特征在于：在步驟101)中，在MMC模塊的電應力計算中做以下假設：

1)計算過程忽略橋臂電流在電抗LC上的壓降；

2)假設所有子模塊的直流電容電壓相同；

3)假設各開關管功率分布均勻；

在MMC的實際應用中的記錄數據包括系統有功功率，系統無功功率；

利用有功功率與無功功率可求解得到系統電流，其計算式為：

其中Vv為交流側額定電壓幅值；

求解出單個模塊的直流電壓V_DC

其中，V_DC0為柔性直流換流閥電壓等級，N為一個閥塔子模塊個數。