[发明专利]一种模块化多电平换流器在线损耗计算方法

说明书

技术领域

本发明属于输配电领域，特别涉及一种模块化多电平换流器在线损耗计算方法。

背景技术

近年来，为满足经济增长对电力供应日益增加的需求，基于大功率全控型可关断电力电子器件的电压源换流器(Voltage Source Converter，简称VSC)被广泛地用于高压直流输电(High Voltage Direct Current，简称HVDC)技术中，且取得了良好的运行业绩，称之为柔性直流输电技术(VSC-HVDC)。但是，该系统(采用柔性直流输电技术)的损耗远远大于传统直流输电系统的损耗，这主要是由于柔性直流输电技术采用较大的换流器损耗造成的，尤其是两电平、三电平电压源换流器，虽然其拓扑结构、控制策略较为简单，但开关频率高、换流器损耗较大，这也成为其应用于大功率远距离传输的主要障碍，所以对电压源换流器的损耗特性进行深入研究并提出相关的降损措施将具有重要的工程意义。

一种新型电压源换流器拓扑——模块化多电平换流器(MMC)因其控制灵活、开关频率低、损耗小等特性，在柔性直流输电工程中正逐步得到应用。模块化多电平换流器的损耗特性研究也成为柔性直流输电技术的重要研究内容之一，现有的损耗计算方法大都针对两电平电压源换流器，关于模块化多电平换流器损耗计算的研究非常少。与两电平换流器相比，模块化多电平换流器的拓扑结构、控制方式及损耗特性都有很大差异，现有的两电平换流器损耗计算方法只有一部分能运用到模块化多电平换流器的损耗计算中。

一方面来说，因模块化多电平换流器拓扑结构、运行机理及控制方式的特殊性，同一时刻流过上下桥臂IGBT模块的电流可能不同，虽用理论分析以及经验公式的方法也能推出模块化多电平换流器上下桥臂的电流值，但是随着运行环境的变化，比如系统调制度变化或者系统故障时，这些公式的适用性就会大大减小。另一方面，当模块化多电平换流器的电平数很高，也就是模块化多电平换流器每相的上下桥臂具有很多个SM模块时，计算损耗时需要测量流入每个SM模块中两个IGBT器件及两个续流二极管(FWD)器件的电流，还需要检测每个器件的导通状态，如果人工计算换流器损耗的话，工作量将非常巨大；比如已于2010年投运的美国Trans Bay Cable Project(TBC工程)，该工程采用199电平模块化多电平换流器，每相上下桥臂各有216个SM模块，其中198个SM模块投入运行构成199电平，另外18个SM模块冗余，如果要测量其损耗，必须测量获得3×2×216×2＝2592(其中3是指MMC三相桥，2×216为MMC单相桥臂SM模块的个数，最后一个2为每个SM模块中的IGBT器件个数或者续流二极管器件个数)个IGBT的电流和同样个数的续流二极管的电流；但是如果采用在线检测的方法，只需要给每个器件里面增加相应的电气量测点，搭建相应的计算模块，通过一定的算法，就可以依托于计算机，在很短的仿真时间内，快速方便的实现仿真中损耗的实时计算，能够大大减小工作量。于是就要寻找一种能够适用于任何情况的损耗计算方法，目前尚没有文献对模块化多电平换流器在线损耗计算方法进行系统的研究，所以，随着工程实际的广泛应用，选择合适的仿真环境PSCAD/EMTDC，针对模块化多电平换流器在线损耗计算方法作深入研究有着迫切的需求性和必要性，这将不仅具有重大的理论创新意义，还具有重要的实际工程价值。

发明内容

本发明针对上述缺陷公开了种模块化多电平换流器在线损耗计算方法。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。

所述步骤1)具体包括以下步骤：