[发明专利]模块化多电平换流器子模块均压电阻参数设计方法

摘要

本发明涉及模块化多电平换流器子模块均压电阻参数设计方法，首先，建立子模块启动/关断过程的等效电路，包括储能电容、两个二极管、取能电源、二次控制电路和均压电阻；其次，根据所述等效电路推导子模块电压变化和放电时间的数学公式，设置不同均压电阻并计算子模块反复启停数量达到一半时所需充电时间和电容放电时间，绘制均压电阻与所述充电时间、放电时间的关系图；然后，根据“静态直流充电耐受时间”和“停运后阀厅门禁系统闭锁时间”保护定值的要求得到阻值上限计算公式；最后根据功率和阻值上限计算公式选取电阻成品或定制电阻。本发明旨在通过模块化多电平换流器子模块均压电阻参数设计方法对均压电阻参数设计提供理论依据和技术支持。

主权项

1.一种模块化多电平换流器子模块均压电阻参数设计方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：获取子模块的额定工作电压、储能电容容值、取能电源效率和二次控制电路功率的具体数值；/n步骤2：根据以上数值，建立子模块启动/关断过程的等效电路；/n步骤3：确定换流器启动过程中子模块的初始电压；/n步骤4：根据所述等效电路推导启动过程中子模块电容电压变化的数学公式；/n步骤5：设置不同均压电阻阻值，计算得到启动过程中子模块反复启停数量达到一半时所需的充电时间；/n步骤6：绘制均压电阻阻值与所述充电时间的关系图；/n步骤7：根据换流器充电时间保护定值确定均压电阻阻值上限公式1；/n步骤8：确定换流器停运过程中子模块的初始电压；/n步骤9：根据所述等效电路推导停运过程中子模块电容放电时间的数学公式；/n步骤10：设置不同均压电阻阻值，计算得到停运过程中子模块电容的放电时间；/n步骤11：绘制均压电阻阻值与所述放电时间的关系图；/n步骤12：根据换流器停运后门禁系统闭锁时间保护定值确定均压电阻阻值上限公式2；/n步骤13：根据均压电阻阻值上限公式1和均压电阻阻值上限公式2，确定均压电阻上限值；/n步骤14：根据均压电阻上限值、子模块的额定工作电压来计算均压电阻功率；/n步骤15：根据均压阻值上限值和3倍功率冗余要求选取电阻成品或定制电阻，最终定型均压电阻参数；/n具体计算过程如下：/n获取子模块启动过程时的额定工作电压、储能电容容值、取能电源效率、二次控制电路功率的具体数值后建立换流器第k个子模块启动/关断过程的等效电路，其中取能电源等效电阻为r_k、均压电阻阻值为R₀、折算后并联在电容两端的电阻阻值为：/n /n式中U_Ck为该子模块的电容电压，R_k为折算后并联在电容两端的电阻阻值，N为串联的子模块数量，η为取能电源效率，P_k为二次控制电路的功率；/n启动过程中由于各子模块串联，流入各子模块的电流i_k均等于桥臂电流i，根据基尔霍夫电流定律知：/n /n在t₀至t₁时间内，子模块电容电压变化量为：/n /n式中C为该子模块电容容值；/n设直流母线电压保持不变，各子模块电容电压变化量总和为零：/n /n以上四个公式联立可得，/n /n计算得到子模块在t₁时刻的电容电压值的计算公式为：/nU_Ck(t₁)＝U_Ck(t₀)+ΔU_Ck,k＝1,2,...,N/n采用叠代求解方式根据计算公式得到各子模块电容电压，在记录各子模块电压变化过程中统计子模块反复启停的数量，当子模块反复启停数量达到一半时记录其充电时间T_50％，此时应满足大于“静态直流充电耐受时间”定值的要求；由于均压电阻越大，均压效果越差、充电时间T_50％越小，因此可得到均压电阻阻值上限公式1：/nT_DC＜T_50％/n式中T_DC为“静态直流充电耐受时间”定值，T_50％为反复启停的子模块数量所占比例达到50％所需的时间；/n在换流器停运过程中，均压电阻可作为电容的放电电阻，放电时间为：/n /n式中U₀为子模块的额定工作电压，U_off为子模块安全电压阀值，U_C为子模块电容的瞬时电压；/n放电时间应满足在门禁系统闭锁时间内电容应放电完毕的条件，由于均压电阻越大，放电时间越长，因此可得到均压电阻阻值上限公式2：/n /n式中T_off为“停运后阀厅门禁系统闭锁时间”定值；/n根据均压电阻阻值上限公式1和公式2，确定均压电阻上限值；同时根据均压电阻上限值、子模块的额定工作电压来计算均压电阻功率；根据均压阻值上限值和3倍功率冗余要求选取电阻成品或定制电阻，最终定型均压电阻参数。/n