[发明专利]一种基于MMC隔离型DC/DC变换器开关损耗的确定方法

摘要

本发明涉及一种基于MMC隔离型DC/DC变换器开关损耗的确定方法，该方法包括：对MMC中子模块功率器件的开关损耗特性曲线进行参数拟合；利用插值法计算工作结温下子模块功率器件的开关损耗能量；确定单个功率器件的平均开关损耗；确定MMC‑DC/AC/DC变换器交流周期内开关损耗类型的分布；确定输入端MMC换流器单相上、下桥臂的平均开关损耗；确定MMC‑DC/AC/DC变换器所有功率器件的开关损耗，本发明提供的技术方案采用开关损耗等效置换的方法，有效求解出基于模块化多电平换流器的隔离型DC/DC变换器开关损耗的解析表达式，公开了一种MMC‑DC/DC变换器开关损耗的数值计算方法。有助于MMC‑DC/DC变换器开关损耗的定量分析，便于系统参数优化设计程序的实现与集成。

主权项

1.一种基于MMC隔离型DC/DC变换器开关损耗的确定方法，所述隔离型DC/DC变换器包括隔离变压器及其两端连接的MMC；两个MMC均接入直流系统中；模块化多电平换流器MMC由三相构成，每相由串联的结构相同的上、下两桥臂构成；上、下两桥臂的中点处连接模块化多电平换流器的交流端；所述上、下两桥臂中每个桥臂包括1个电抗器和N个结构相同的子模块；每个桥臂的子模块级联后一端通过电抗器与模块化多电平换流器的交流端连接；每个桥臂的子模块级联后另一端与另两相桥臂的级联的子模块一端连接，形成模块化多电平电压源型换流器直流端的正负极母线；所述子模块由半桥与其并联的电容器支路构成，所述半桥由上桥臂和下桥臂构成，所述上桥臂和下桥臂均由绝缘栅双极型晶体管IGBT以及与其并联的续流二极管FWD组成；其特征在于，所述方法包括下述步骤：步骤1：对MMC中子模块功率器件的开关损耗特性曲线进行参数拟合；步骤2：利用插值法计算工作结温下子模块功率器件的开关损耗能量；步骤3：确定单个功率器件的平均开关损耗；步骤4：确定MMC‑DC/AC/DC变换器交流周期内开关损耗类型的分布；步骤5：确定输入端MMC换流器单相上、下桥臂的平均开关损耗；步骤6：确定MMC‑DC/AC/DC变换器所有功率器件的开关损耗；所述步骤4包括下述步骤：步骤4.1：确定单个半桥子模块产生不同开关损耗类型的条件：对于半桥子模块结构，桥臂电流方向以及子模块的投切转换顺序均影响开关损耗类型；当桥臂电流方向为正，子模块有投入状态变为切除状态过程中产生IGBT T2的开通损耗和二极管D1的反向阻断损耗；步骤4.2：确定MMC换流器上、下桥臂中开关损耗类型：根据MMC‑DC/AC/DC变换器运行机理，上、下桥臂电压和电流的表达式如式(10)‑(13)所示；当桥臂输出电压上升时，部分桥臂子模块由切除状态转换为投入状态，根据桥臂电流方向产生相应的开关损耗；当桥臂输出电压下降时，部分桥臂子模块由切除状态转换为投入状态：其中：U_up为上桥臂输出电压；U_down为下桥臂输出电压；U_d为直流侧电压；U_m为MMC‑DC/AC/DC变换器交流侧输出电压峰值；θ为交流电压的相角；m为电压调制度；i_up为上桥臂电流，I_d为MMC换流器直流侧电流；I_m为交流侧电流峰值；为交流侧电压与电流的相角差；k为电流调制度。