[发明专利]基于模块化多电平换流器集中控制下子模块温度调节与平衡方法

说明书

本发明公开了基于模块化多电平换流器集中控制下子模块温度调节与平衡方法，步骤：采集各子模块散热器的温度，桥臂电流，桥臂上各子模块的电容电压以及开关函数；根据采集数据计算各子模块的平均结温，根据平均结温计算各子模块的虚拟电压偏置系数；根据各子模块的虚拟电压偏置系数计算各子模块的虚拟电容电压，根据虚拟电容电压对桥臂内子模块进行升序排序并建立子模块索引列表；通过对参考信号进行调制实时确定所需导通的子模块个数，再根据子模块索引表和桥臂电流方向，实时确定应当导通的子模块，从而达到桥臂内子模块的温度平衡。本发明既不受限于子模块个数，也不会影响变换器并网的电能质量，控制算法简单，易于理解和实施。

技术领域

本发明属于多电平电力电子变换器技术领域。

背景技术

模块化多电平变换器已经成为高压直流输电技术应用中非常有前景的拓扑。与传统的两电平和三电平电压源变换器相比，模块化多电平变换器由于每个桥臂内级联子模块的结构不需要串联功率器件的特点，模块化多电平变换器在高压传输系统当中引起了人们也来越多的关注。

除了效率之外，大功率变换器的可靠运行也是一个关键的指标，功率器件对变换器的可靠性起着重要的作用。模块化多电平变换器包含许多子模块，每个子模块包括多个功率器件。在过载、子模块长期运行导致的参数不匹配或部分冷却装置失效的情况下，可能会导致一个或者多个子模块之间的较大的温度差异。由于在电力电子变换器中功率器件被认为是最容易失效的，功率半导体的失效主要是由过热引起，所以子模块中功率器件的较大的温度差异会给模块化多电平变换器的安全可靠运行造成一个巨大的威胁。

针对模块化多电平变换器子模块功率开关管的温度平衡调节控制问题，现有技术通过改变变换器开关管的开关频率、调节无功、通过驱动信号连续脉宽调制和非连续脉宽调制之间的切换策略、改变门极驱动电压等方法来调节子模块之间的温度，但是上述方法会增加硬件系统和算法的复杂度，影响电能的输出质量，增大系统的运行成本。因此，需要提出一种新的模块化多电平变换器子模块的温度平衡控制方法，一方面保证不影响电能质量输出性能的前提下不增加系统的硬件系统和算法的复杂度，另一方面保证系统的成本不增加的前提下实现模块化多电平变换器的安全可靠运行。

发明内容

为了解决上述背景技术提到的技术问题，本发明提出了基于模块化多电平换流器集中控制下子模块温度调节与平衡方法。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

基于模块化多电平换流器集中控制下子模块温度调节与平衡方法，包括以下步骤：

(1)采集各个子模块散热器的温度，桥臂电流，桥臂上各个子模块的电容电压以及开关函数；

(2)根据步骤(1)采集的数据计算各个子模块的平均结温，根据平均结温计算各个子模块的虚拟电压偏置系数；

(3)根据各个子模块的虚拟电压偏置系数计算各个子模块的虚拟电容电压，根据虚拟电容电压对桥臂内子模块进行升序排序并建立子模块索引列表；

(4)通过对参考信号进行调制实时确定所需导通的子模块个数，再根据子模块索引表和桥臂电流方向，实时确定应当导通的子模块，从而达到桥臂内子模块的温度平衡。

进一步地，在步骤(2)中，所述虚拟电压偏置系数按下式计算：

k_i＝u_cauave-V_ref((T_jm-T_h)/(R_thjhi)-P_conave)