[發明專利]一種三電平風電變流器的功率損耗計算方法

有效

• 申請號: 202010864772.5
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN112187083B
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發明（設計）人: 屈魯;唐博進;曾嶸;郭明珠;余占清;翟冬玲;崔彬;趙彪
• 申請（專利權）人: 中國長江三峽集團有限公司;清華大學
• 主分類號: H02M7/487
• 分類號: H02M7/487;H02M7/5387;G06F30/30
• 代理公司: 北京知聯天下知識產權代理事務所(普通合伙) 11594
• 代理人: 張陸軍

本發明提供一種三電平風電變流器的功率損耗計算方法，包括：確定開關管T1、T2、T5和二極管D1、D2、D5在調制策略下的導通角度與占空比的關系；依據所述導通角度與占空比計算所述開關管T1、T2、T5的開通損耗、關斷損耗、通態損耗；依據所述導通角度與占空比計算所述二極管D1、D2、D5的關斷損耗、通態損耗。本發明的三電平風電變流器的功率損耗計算方法，提出開關管的開通損耗、關斷損耗、通態損耗計算方法和二極管關斷損耗、通態損耗的計算方法，從功率器件的開通、關斷、導通損耗模型著手，并綜合考慮調制策略對風電變流器損耗計算的影響，計算方法相較傳統方法更準確，可為風電變流器的散熱設計和運行狀態評估提供理論和技術基礎。

技術領域

本發明屬于電力器件領域，特別涉及一種三電平風電變流器的功率損耗計算方法。

背景技術

開關器件的功率損耗是變流器主電路中的一個主要發熱來源，過多開關器件損耗會導致器件溫度的升高、系統性能下降甚至變頻器故障。所以開關器件損耗估算十分重要，對于變流器電路、機械結構和冷卻系統的設計是極其必要的。但是，該估算也是非常復雜的，它與變流器的開關器件特性、電路拓撲、PWM(脈沖寬度調制)方式、吸收電路和電路雜散電感都有一定的關系。在傳統技術中，開關器件損耗是通過一段較長時間內平均效應來計算的。根據平均效應來計算得到的平均值，只能采取幾種簡單的方式來確保開關器件的溫升，比如同時采用開通和關斷吸收電路，并將吸收電路的主要參數設計得足夠大，這幾種方案以較大的代價將開關器件的功率損耗轉化成為吸收電路的損耗。或者可將變流器的冷卻系統冷卻效果加強，將一些可以風冷的變流器設計成為水冷變流器，但這類措施在一定程度上增加了變流器的成本，降低了變流器的效率。正是開關器件功率損耗估測的不準確，才給變流器整個系統的設計和優化帶來困難。

發明內容

針對上述問題，本發明提供一種三電平風電變流器的功率損耗計算方法。

本發明提供的三電平風電變流器的功率損耗計算方法，其中，所述三電平風電變流器中單相橋臂包括開關管T1-T6、二極管D1-D6及電容Cd1和Cd2，所述開關管T1-T6中的每一個開關管Ti都和對應的二極管Di反并聯，i為整數且1≤i≤6，即所述開關管Ti的集電極或陽極連接至所述對應的二極管Di的陰極，且所述開關管Ti的發射極或陰極連接至所述對應的二極管Di的陽極，所述開關管T1-T4依次順序串聯，即前一開關管的發射極或陰極連接至后一開關管的集電極或陽極；所述電容Cd1的正極連接至所述開關管T1的集電極或陽極，所述電容Cd1的負極連接至所述電容Cd2的正極和所述開關管T5的發射極或陰極；所述電容Cd2的負極連接至所述開關管T4的發射極或陰極；所述開關管T5的集電極或陽極連接至所述開關管T1的發射極或陰極，所述開關管T5的發射極或陰極連接至所述開關管T6的集電極或陽極；所述開關管T6的發射極或陰極連接至所述開關管T4的集電極或陽極，

所述功率器件損耗計算方法包括：

確定所述開關管T1、T2、T5和二極管D1、D2、D5的導通角度與占空比的關系；

依據所述導通角度與占空比計算所述開關管T1、T2、T5的開通損耗、關斷損耗、通態損耗；

依據所述導通角度與占空比計算所述二極管D1、D2、D5的關斷損耗、通態損耗。

進一步，

設α表示功率因數角度，M為調制度，則

所述開關管T1的導通角度處于區間[0，π-α]時，占空比為Msin(wt+α)；

所述二極管D1的導通角度處于區間[2π-α，2π]時，占空比為Msin(wt+α)；

所述開關管T2的導通角度處于區間[0，π]時，占空比為(1+Msin(wt+α))/2；

所述二極管D2的導通角度處于區間[π，2π-α]時，占空比為(1+Msin(wt+α))/2；