[发明专利]模块化多电平变流器损耗估算方法

说明书

本发明提出一种模块化多电平变流器损耗估算方法，其包括以下步骤：根据所选取半导体器件特性确定电流系数，对其晶体管通态特性曲线、二极管伏安特性曲线、晶体管开关特性曲线和二极管反向恢复特性曲线进行插值拟合；在模块化多电平变流器处于稳态运行时，判断子模块各器件的触发信号和流经子模块的电流方向，计算各个器件相应的晶体管运行损耗功率、开通损耗功率和关断损耗功率以及二极管运行损耗功率和反向恢复损耗功率。本发明采用形如g(j)＝a+b·j^c的多项式拟合半导体器件的特性曲线，具有计算量小精度高的特点；不仅可以较为准确地计算MMC整体损耗情况，还可以对模块化多电平变流器损耗在器件各个部分的分布情况进行有效评估。

技术领域

本发明涉及一种损耗计算方法，具体地，涉及一种模块化多电平变流器损耗估算方法。

背景技术

模块化多电平变流器(Modular Multilevel Converter，MMC)采用模块化设计子模块的级联结构形式，具有灵活的可扩展特性，同时相对于传统的两电平电压源型变流器它具有输出特性好、谐波含量低、无需交流滤波器、更适于电压等级高的场合等优点，从而被越来越多地应用于VSC-HVDC系统中。由于MMC含有的半导体器件数量多，运行时需要根据其损耗和温升等特性进行合理选型，但是检索现有文献，并无针对MMC拓扑结构变流器的损耗估算方法。

发明内容

本发明目的是提供一种模块化多电平变流器损耗估算方法，通过对半导体器件特性曲线的高精度拟合建模，采用实时查表计算的方式，对器件的运行损耗、导通损耗以及关断损耗进行准确估算。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的。

一种模块化多电平变流器损耗估算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据模块化多电平变流器选定的半导体器件类型，确定电流系数k；

步骤2：根据步骤1中选定的半导体器件类型，对半导体器件的晶体管通态特性曲线V_CE-I_C进行插值拟合，其中VCE为集电极与发射极间电压，I_C为集电极电流，采用的插值多项式g(j)形式为：

g(j)＝a+b·j^c

其中，a、b、c为常数系数，i为自变量；

步骤3：重复步骤2，对半导体器件的二极管伏安特性曲线V_F-I_F、晶体管开关特性曲线E_on-I_C和E_off-I_C、二极管反向恢复特性曲线E_rec-I_F进行插值拟合，得到各个曲线对应的特性常数a、b、c；其中V_F为正向电压，I_F为正向电流，E_on和E_off分别为开通能量和关断能量，E_rec为反向关断能量；

步骤4：初始化半导体器件的晶体管运行损耗E_conT、二极管运行损耗E_conD、晶体管开通损耗E_onT、晶体管关断损耗E_offT及二极管反向恢复损耗Er_ecD为零；

步骤5：使模块化多电平变流器保持稳态运行，检测流入每个桥臂的子模块的电流i_s，子模块电容电压V_c以及子模块对应的触发信号S₁、S₂，其中，下标中1表示上管对应的半导体器件参数标号，下标2表示下管对应的器件参数标号；优选地，此处子模块为两个串联半导体器件并联一个电容的模块化组合，半导体器件采用带有反并联二极管的晶体管；

步骤6：判断触发信号：