[发明专利]一种模块化多电平换流器的热平衡控制方法

权利要求书

1.一种模块化多电平换流器的热平衡控制方法，其特征在于：该方法利用主动热平衡控制来平衡子模块间的热不平衡问题；在热平衡控制方法中设定了在各个子模块之间允许的最大温度差值，在各组子模块的m_i值中挑出最大和最小值m_max、m_min，两者之间的差就是组间最大差值Δm，设定了一个最大差值允许值m_ref来维持平衡各个子模块间的温度平衡；该方法设计子模块分配流程当m_ref小于Δm时，根据臂电流方向对子模块进行排序，臂电流为正时，将子模块按m值的大小升序排列；当m_ref大于Δm时，将子模块按m值的大小降序排列；该分配流程将子模块之间的温度通过嵌入电容电压平衡方法中从而得到平衡；实现电容器电压V_cu和器件结温T_j的平衡；该方法中根据模块化多电平的运行数据，计算需导通的子模块的个数，然后根据已投入子模块的充放电情况决定需要投入或切除的子模块，即若已投入的子模块处于充电状态，且需投入子模块时，则在尚未投入的子模块中选取电容电压、子模块温度最小的子模块投入；若已投入的子模块处于充电状态，且需切出子模块时，则在已投入的子模块中选取电容电压最大、子模块温度较大的子模块切出；若已投入的子模块处于放电状态，且需投入子模块时，则在尚未投入的子模块中选取电容电压最大、子模块温度较大的子模块投入；若已投入的子模块处于放电状态，且需切出子模块时，则在已投入的子模块中选取电容电压最小的子模块切出。

2.根据权利要求1所述的一种模块化多电平换流器的热平衡控制方法，其特征在于：该方法分别将IGBT和二极管的功率损耗等值为两个电流源来向外输出功率，而PN结与器件外壳之间的热传递过程则用热电阻R_thc-sT和R_thc-sD表示，其中下标T表示IGBT的热电阻，下标D表示反并联二极管的热电阻；同样，器件外壳与散热器之间的热传递过程用热电阻R_thc-sT和R_thc-sD表示，具体的热电阻参数从厂商提供的数据表中查到，之后得出：

T_{j_T}＝P_T(R_thc-sT+R_thCH-T)+θ (1)

T_{j_D}＝P_D(R_thc-sD+R_thCH-D)+θ (2)

其中T_{j_T}表示为IGBT部分的结温，T_{j_D}表示二极管部分的结温；P_T为IGBT的总损耗，P_D为反并联二极管的总损耗，θ表示散热器温度。具体来说，假设每个桥臂有n个子模块，n通常为偶数，则将子模块平均分成n/2组，每组包含2个子模块；同时，各组的编号也因此确定下来，即1到n/2组；先测量子模块电容电压、IGBT温度和反并联二极管的温度，温度由热模型估计；然后将分组内的两个子模块的电压和温度进行归一计算；

m_i＝a_i+b_i+c_i (6)

其中i为子模块之间的自由选择；a_i为每组子模块的电压平均值；b_i为IGBT的损耗产热温度叠加值；c_i为反并联二极管的损耗产热叠加值；在各组子模块的m_i值中挑出最大和最小值m_max、m_min，两者之间的差就是组间最大差值Δm,需设定一个最大差值允许值m_ref来维持平衡,需导通的子模块数除以组数得到的商即为各组需开通的基数，对余数进行分配时，需根据Δm和m_ref来分配，当m_ref大于Δm时不需要对子模块的排序结果进行调整，即使用最初始的排序结果依次分配给1到n/2组；当m_ref小于Δm时，需要根据臂电流方向对子模块进行排序，臂电流为正时，将子模块按m值的大小升序排列，反之则降序排列。