[发明专利]基于温度的MMC换流阀均压控制方法

说明书

本发明公开了一种基于温度的MMC换流阀均压控制方法，首先计算出前一控制周期内所有子模块的温度和电压，然后将前一控制周期各子模块温度T₁～T_N分别与参考温度T₀比较，在当前时刻改变温度大于T₀的子模块的投切状态；对于其它子模块，引入子模块评价指标，结合前一控制周期该桥臂电流，选择当前时刻需要投入或切除的模块。本发明通过对传统均压控制方法进行优化，控制IGBT模块的温升，提高了器件的使用寿命，从而增强了MMC换流阀的可靠性，从整体上提高了MMC换流阀的工作性能。

技术领域

本发明属于高压大功率电力电子技术领域，特别涉及一种基于温度的MMC换流阀均压控制方法。

背景技术

工业界对易损坏电力电子部件的问卷调查表明，功率半导体器件故障占到整个电力电子系统的34％，功率器件的寿命对于温度波动十分敏感，波动幅度每增加10℃，寿命降低约70％，因此，提高功率半导体器件的可靠性是提高系统可靠性的关键。随着可再生能源发电技术的发展和电力电子技术的发展与应用，系统供电可靠性成为国内外学者研究的重点，其中功率半导体器件的可靠性研究成为重中之重。风电发电系统中变流器的功率半导体器件的失效率最高，主要是因为IGBT器件各层材料的膨胀系数不同，承受的热应力不同，长时间的积累造成器件的热疲劳失效。导致器件热疲劳的根本原因是器件温度的幅值和温度的波动，尤其是温度幅值的影响尤为明显。

因此，有必要研究一种能够提高风电发电系统中变流器的功率半导体器件可靠性，从而提高风电发电系统可靠性的控制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于温度的MMC换流阀均压控制方法，该策略延长了器件的使用寿命，提高了MMC换流阀的可靠性，使柔性直流输电系统的运行更加经济、高效。

本发明所提供的技术方案为：

一种基于温度的MMC换流阀均压控制方法，该MMC换流阀由六个桥臂构成，每个桥臂包括N个结构相同的子模块和一个桥臂电感，每个子模块是一个半桥结构，包括两个IGBT模块和一个储能电容；

均压控制方法中，六个桥臂的控制方法相同，对每个桥臂，分别采用如下步骤进行均压控制：

步骤1：求出该桥臂中每个子模块中两个IGBT模块在前一控制周期的结温，取两个结温中的较大值作为相应子模块在前一控制周期的温度；用T_j表示前一控制周期第j个子模块的温度，j＝1,2,…,N；

步骤2：将前一控制周期各子模块温度T₁～T_N分别与参考温度T₀比较，将温度大于T₀的子模块记为SM₁～SMm，m为温度大于T₀的子模块个数；T₀为经验参数；

设SM₁～SMm中，在前一控制周期为切除状态的子模块个数为m₁个，剩下的为投入状态的子模块；在当前时刻改变这m个子模块的投切状态，即前一控制周期为切除状态的子模块在当前时刻变为投入状态，前一控制周期为投入状态的子模块在当前时刻变为切除状态；用n₁和n₂分别表示前一控制周期和当前时刻该桥臂需要投入的子模块个数，则还需额外投入的子模块个数为Δn＝n₂-n₁+m-2·m₁；

步骤3：该桥臂中除SM₁～SM_m以外的子模块记为SM_m+1～SM_N；引入子模块评价指标M_j，计算子模块SM_m+1～SM_N对应的M_j值：