[發明專利]基于器件參數實測的柔直換流模塊損耗測試和評估方法

在審

• 申請號: 202011245385.X
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112362993A
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 馮玟生;劉文華;趙香花
• 申請（專利權）人: 江蘇天合清特電氣有限公司
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G06F30/20
• 代理公司: 浙江永鼎律師事務所 33233
• 代理人: 郭小麗

本發明提供了基于器件參數實測的柔直換流模塊損耗測試和評估方法，包括：S1.通過雙脈沖物理測試平臺試驗，獲取各器件開通、關斷過程中的實測電壓和電流波形，得到各器件單次開通、關斷過程的能量，并進行額定電壓和額定電流下的歸一化處理；S2.測量不同電流水平下IGBT的通態電壓和電流，通過線性擬合的方式得到器件的轉折電壓和斜率；S3.構造換流閥運行的模塊仿真波形，計算得到各器件的損耗和模塊總損耗；S4.進行多次測量，對測量結果通過GUM法進行不確定度分析，評估擴展不確定度區間。本發明采用實測參數代替手冊中的參數，較為準確地反映模塊真實工況下的損耗特性，并通過不確定度分析，評估擴展不確定度區間，較為科學地評估了測量結果。

技術領域

本發明屬于電氣自動化設備技術領域，涉及一種基于器件參數實測的柔直換流模塊損耗測試和評估方法。

背景技術

柔性直流輸電是新一代直流輸電技術，其主要設備換流閥大多采用基于可關斷器件的模塊化多電平(Modular Multilevel Converter,MMC)的主電路形式，由多個柔直換流模塊級聯而成。設備的主要損耗在于柔直換流模塊，因此對柔直換流模塊進行準確的損耗測量、計算和評估可以指導效率優化、元器件選型和散熱器設計，是成套換流閥設計中的一個重要環節。

專利CN201720535445中公開了一種新型MMC換流閥損耗檢測裝置，由電壓互感器、電流鉗、計量模塊、減法器等構成，分別測量交流和直流側的電能，并對兩者進行差值得到換流閥的整體損耗，這種方法的測量精度受測量儀器的相位精度影響較大；專利CN201710802490中通過監控進風管和出風管的溫度，用加熱器功率等效的方式得到換流器的損耗功率，受測試環境影響大；專利CN201910585458.0中公開了一種基于仿真波形、數據手冊參數和計算公式的損耗計算方法，該方法基于器件供應商提供的開關能量曲線，與變流器實際模塊的損耗有一定的差別。

發明內容

本發明的目的是針對上述問題，提供一種基于器件參數實測的柔直換流模塊損耗測試和評估方法，可以更準確地反應換流器模塊真實工作狀態下的損耗，并評估其測量結果的不確定度和精度。

為達到上述目的，本發明采用了下列技術方案：

基于器件參數實測的柔直換流模塊損耗測試和評估方法，具體包括：

S1.通過雙脈沖物理測試平臺試驗，獲取各器件開通、關斷過程中的實測電壓和電流波形，通過數字積分得到各器件單次開通、關斷過程的能量，并進行額定電壓和額定電流下的歸一化處理；

S2.測量不同電流水平下IGBT的通態電壓和電流，通過線性擬合的方式得到器件的轉折電壓和斜率；

S3.構造換流閥運行的模塊仿真波形，包括電壓、電流和開關數據，結合實測得到的器件參數進行計算，得到各器件的開通損耗、關斷損耗、通態損耗，并將各器件的各部分損耗相加，得到模塊總損耗；

S4.進行多次測量，對測量結果通過GUM法進行不確定度分析，評估擴展不確定度區間。

進一步的，雙脈沖物理測試平臺實驗包括換流閥模塊、可調直流電源和試驗電抗，所述可調直流電源的輸入側連接到低壓電網，輸出側連接到換流閥模塊的直流輸入側，所述換流閥模塊的輸出側連接試驗電抗，通過控制軟件控制換流閥模塊的一個IGBT器件常開，另外一個IGBT輸出兩個連續的脈沖。

進一步的，步驟S1通過數字積分得到各器件單次開通、關斷過程能量的具體方法為：

其中，Eon/off為器件單次開通或關斷能量，Vce為器件上的電壓，Ic為器件上的電流，t1為積分起始時刻，t2為積分結束時刻；

器件開通能量的積分起始時刻t1為Ic上升到穩態電流10％時刻，積分結束時間t2為Vce降低到穩態電壓2％的時刻；