[发明专利]一种模块化多电平换流器在线损耗计算方法

权利要求书

1.一种模块化多电平换流器在线损耗计算方法，其特征在于，它包括以下步骤：

1)通过测量获得A相桥臂电流i_a、B相桥臂电流i_b、C相桥臂电流i_c和当前环境的工作温度t，然后计算每个SM模块中第一IGBT、第二IGBT、第一续流二极管和第二续流二极管的通态损耗：

2)计算每个SM模块中第一IGBT和第二IGBT的开关损耗以及第一续流二极管和第二续流二极管的反向恢复损耗；

3)通过损耗计算模块计算IGBT总通态损耗P_Tcon、续流二极管总通态损耗P_Dcon、IGBT总开关损耗P_Tsw、续流二极管总反向恢复损耗P_Drec、IGBT总损耗P_T、续流二极管总损耗P_D、模块化多电平换流器总通态损耗P_con、模块化多电平换流器总开关损耗P_sw、模块化多电平换流器总损耗P_tot和模块化多电平换流器损耗比K。

2.根据权利要求1所述的一种模块化多电平换流器在线损耗计算方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括以下步骤：

11)从产品说明书中获得如下四条曲线：温度为25℃时第一IGBT的集射极电压V′_CE与集电极电流I_C的关系曲线、温度为125℃时第一IGBT的集射极电压V_CE与集电极电流I_C的关系曲线、温度为25℃时第一续流二极管的正向导通电压V′_F-正向直流电流I_F的关系曲线和温度为125℃时第一续流二极管的正向导通电压V_F-正向直流电流I_F的关系曲线；

12)在温度为125℃时第一IGBT的集射极电压V_CE与集电极电流I_C的关系曲线中，通过描点法得到以下N组数据：(I_C1，V_CE1)，(I_C2，V_CE2)...(I_CN，V_CEN)，其中，I_C1-I_CN为第一IGBT的集电极电流值，V_CE1-V_CEN是当第一IGBT集电极电流值为I_C1-I_CN时第一IGBT的集射极电压值，1≤N≤100；对(I_C1，V_CE1)，(I_C2，V_CE2)...(I_CN，V_CEN)这N组数据在MATLAB中进行高次曲线拟合，得到温度为125℃时第一IGBT集射极电压V_CE与集电极电流I_C的数学关系式；

根据下列公式：R_T1＝V_CE1/I_C1，R_T2＝V_CE2/I_C2...R_TN＝V_CEN/I_CN得到：当第一IGBT集电极电流值为I_C1-I_CN时第一IGBT的通态电阻值为R_T1-R_TN，进而得到以下N组数据：(I_C1，R_T1)，(I_C2，R_T2)...(I_CN，R_TN)；对(I_C1，R_T1)，(I_C2，R_T2)...(I_CN，R_TN)这N组数据在MATLAB中进行高次曲线拟合，得到温度为125℃时第一IGBT的通态电阻R_T与集电极电流I_C的数学关系式；

13)在温度为125℃时第一续流二极管正向导通电压V_F-正向直流电流I_F的关系曲线中，通过描点法得到以下M组数据：(I_F1，V_F1)，(I_F2，V_F2)...(I_FM，V_FM)，其中，I_F1-I_FM为第一续流二极管的正向直流电流值，V_F1-V_FM是当第一续流二极管的正向直流电流值为I_F1-I_FM时第一续流二极管的正向导通电压值，1≤M≤100；对(I_F1，V_F1)，(I_F2，V_F2)...(I_FM，V_FM)这M组数据在MATLAB中进行高次曲线拟合，得到温度为125℃时第一续流二极管正向导通电压V_F与正向直流电流I_F的数学关系式；

根据下列公式：R_D1＝V_F1/I_F1，R_D2＝V_F2/I_F2...R_DM＝V_CEM/I_CM得到当第一续流二极管的正向直流电流值为I_F1-I_FM时第一续流二极管的通态电阻值R_D1-R_DM，进而得到以下M组数据：(I_F1，R_D1)，(I_F2，R_D2)...(I_FM，R_DM)；对(I_F1，R_D1)，(I_F2，R_D2)...(I_FM，R_DM)这M组数据在MATLAB中进行高次曲线拟合，得到温度为125℃时第一续流二极管通态电阻R_D与正向直流电流I_F的数学关系式；

14)对步骤11)中的四条曲线按如下公式进行插值运算：

αT=1VCE[VCE-VCE′100(t-25)+VCE′]]]>

αD=1VF′[VF′-VF100(t-25)+VF]]]>

得到第一IGBT和第二IGBT的通态损耗的结温系数α_T和第一续流二极管和第二续流二极管的通态损耗的结温系数α_D，上述公式中，t为当前环境的工作温度；

15)在曲线拟合模块中通过以下公式计算得到第一IGBT的实时通态等值电压V_CEX、第一续流二极管的实时通态等值电压V_DX、第一IGBT的实时通态等值电阻R_TX和第一续流二极管的实时通态等值电阻R_DX：

V_CEX＝α_T×V_CE

V_DX＝α_D×V_F

R_TX＝α_T×R_T

R_DX＝α_D×R_D

16)将V_CEX和R_TX代入以下公式，经计算得出第一IGBT的中间通态损耗P_EFS：

VEF=VCEX+RTX·iIEF=|i|‾·i^PEFS=i·VEF]]>

以上公式中，流入模块化多电平换流器的上下桥臂电流为i，在A相桥臂中，i＝i_a，在B相桥臂中，i＝i_b，在C相桥臂中，i＝i_c，V_EF为IGBT的通态等值电压，I_EF为IGBT的通态等值电流，是桥臂电流的峰值，是桥臂电流的算术平均值；在实际工作中，I_C＝i，结合步骤12)-步骤15)看出：V_CEX和R_TX均为t与i的函数，所以，P_EF为t和i的函数；

将V_DX和R_DX代入以下公式，经计算得出第一续流二极管的中间通态损耗P_DFS：

VDF=VDX+RDX·iIDF=|i|‾·i^PDFS=i·VDF]]>

以上公式中，流入模块化多电平换流器的上下桥臂电流为i，V_DF为续流二极管的通态等值电压，I_DF为续流二极管的通态等值电流；在实际工作中，I_F＝i，结合步骤12)-步骤15)看出：V_DX和R_DX均为t与i的函数，所以，P_DFS为t和i的函数；

17)第二IGBT的中间通态损耗P′_EFS与第一IGBT的中间通态损耗P_EFS的计算方法相同，通过步骤11)-步骤16)得出第二IGBT的实时通态等值电压V’_CEX、第二IGBT的实时通态等值电阻R’_TX和第二IGBT的中间通态损耗P′_EFS；

第二续流二极管的中间通态损耗P′_DFS与第一续流二极管的中间通态损耗P_DFS的计算方法相同，通过步骤11)-步骤16)得出第二续流二极管的实时通态等值电压V’_DX、第二续流二极管的实时通态等值电阻R’_DX和第二续流二极管的中间通态损耗P′_DFS；

18)求解每所有SM模块中第一IGBT的占空比的平均值s1、所有SM模块中第二IGBT的占空比的平均值s2、所有SM模块中第一续流二极管的占空比的平均值s3和所有SM模块中第二续流二极管的占空比的平均值s4；

19)通过以下公式计算第一IGBT的通态损耗P_EF、第二IGBT的通态损耗P′_EF、第一续流二极管的通态损耗P_DF和第二续流二极管的通态损耗P′_DF：

P_EF＝s1×P_EFS

P′_EF＝s2×P′_EFS

P_DF＝s3×P_DFS

P′_DF＝s4×P′_DFS。