本發明專利技術提出一種模塊化多電平變流器損耗估算方法，其包括以下步驟：根據所選取半導體器件特性確定電流系數，對其晶體管通態特性曲線、二極管伏安特性曲線、晶體管開關特性曲線和二極管反向恢復特性曲線進行插值擬合；在模塊化多電平變流器處于穩態運行時，判斷子模塊各器件的觸發信號和流經子模塊的電流方向，計算各個器件相應的晶體管運行損耗功率、開通損耗功率和關斷損耗功率以及二極管運行損耗功率和反向恢復損耗功率。本發明專利技術采用形如g(j)＝a+b·jc的多項式擬合半導體器件的特性曲線，具有計算量小精度高的特點；不僅可以較為準確地計算MMC整體損耗情況，還可以對模塊化多電平變流器損耗在器件各個部分的分布情況進行有效評估。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種損耗計算方法，具體地，涉及一種模塊化多電平變流器損耗估算 方法。
技術介紹
模塊化多電平變流器（Modular Multilevel Converter，MMC)采用模塊化設計子 模塊的級聯結構形式，具有靈活的可擴展特性，同時相對于傳統的兩電平電壓源型變流器 它具有輸出特性好、諧波含量低、無需交流濾波器、更適于電壓等級高的場合等優點，從而 被越來越多地應用于VSC-HVDC系統中。由于MMC含有的半導體器件數量多，運行時需要根 據其損耗和溫升等特性進行合理選型，但是檢索現有文獻，并無針對MMC拓撲結構變流器 的損耗估算方法。
技術實現思路
本專利技術目的是提供一種，通過對半導體器件特 性曲線的高精度擬合建模，采用實時查表計算的方式，對器件的運行損耗、導通損耗以及關 斷損耗進行準確估算。 為實現上述目的，本專利技術是通過以下技術方案實現的。 一種，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1 :根據模塊化多電平變流器選定的半導體器件類型，確定電流系數k ; 步驟2 :根據步驟1中選定的半導體器件類型，對半導體器件的晶體管通態特性曲 線VeE-I。進行插值擬合，其中VeE為集電極與發射極間電壓，I。為集電極電流，采用的插值多 項式g(j)形式為： g(j) = a+b ? jc 其中，a、b、c為常數系數，j為自變量； 步驟3 :重復步驟2,對半導體器件的二極管伏安特性曲線Vf-Ifusb體管開關特性 曲線Em-I。和E二極管反向恢復特性曲線Era-IF進行插值擬合，得到各個曲線對應的 特性常數a、b、c;其中VF為正向電壓，IF為正向電流，E"和E分別為開通能量和關斷能 量，EM。為反向關斷能量； 步驟4 :初始化半導體器件的晶體管運行損耗E_T、二極管運行損耗EMnD、晶體管 開通損耗EmT、晶體管關斷損耗及二極管反向恢復損耗E_為零； 步驟5 :使模塊化多電平變流器保持穩態運行，檢測流入每個橋臂的子模塊的電 流、，子模塊電容電壓V。以及子模塊對應的觸發信號Si、S2，其中，下標中1表示上管對應的 半導體器件參數標號，下標2表示下管對應的器件參數標號；優選地，此處子模塊為兩個串 聯半導體器件并聯一個電容的模塊化組合，半導體器件采用帶有反并聯二極管的晶體管；步驟6:判斷觸發信號： 1，S2=0,表明子模塊兩個半導體器件中的上管導通，下管關斷，此時判斷 電流is方向： 若is^ 0,則電流流經上管的二極管部分，此時計算上管二極管的累計運行損耗： IF1=is 其中，VF1 (iF1/k)為步驟3得到的插值函數計算所得，下述相應計算均為代入插值 函數計算所得，Ts為采樣時間，I F1為上管二極管的正向電流，Eranm為本次計算后的累計運 行損耗，E'。。_為本次計算前的累計運行損耗，V F1為上管二極管的正向電壓； 若is< 0,則電流流經上管的晶體管部分，此時計算上管晶體管的累計運行損耗： ICi= I i s 其中，:^為上管晶體管的集電極電流，E _T1為本次計算后上管晶體管的累計運行 損耗，E' emT1為本次計算前上管晶體管的累計運行損耗； 0，S2= 1，表明子模塊兩個功率器件中的下管導通，上管關斷，此時判斷電 流is方向： 若is> 0,則電流流經下管的晶體管部分，此時計算下管晶體管的累計運行損耗： IC2= | i s兵甲，卜官晶懷官果電攸電沭，E _T2為本次計算后下管晶體管的累計運行損 耗，E'。。#2為本次計算前下管晶體管的累計運行損耗； 若is< 0,則電流流經下管的二極管部分，此時計算下管二極管的累計運行損耗： IF2= | i s 其中，IF2為下管二極管正向電流，EMnD2為本次計算后下管二極管的累計運行損 耗，E' 為本次計算前下管二極管的累計運行損耗； 若上一次采樣時Si= 1，S 2= 0,本次采樣時S 0, S 2= 1，此時判斷上一次采樣 時電流is方向： 若上一次采樣時is^ 0,則計算上管二極管的累計反向恢復損耗E_D1和下管晶體 管的累計開通損耗EmT2: IF1= I i sl，IC2= I i s其中V。。為參考關斷電壓，V。為子模塊電容電壓，E_D1為本次計算后上管二極管的 累計反向恢復損耗，E' _D1為本次計算前上管二極管的累計反向恢復損耗，E mT2為本次計 算后下管晶體管的累計開通損耗，E'。。12為本次計算前下管晶體管的累計開通損耗； 若上一次采樣時is< 0,則計算上管晶體管的累計關斷損耗 丁 = h 其中，EfnS本次計算后上管晶體管的累計關斷損耗，E' 為本次計算前上管 晶體管的累計關斷損耗； 若上一次采樣時Si= 0,S2= 1，本次采樣時S1，S2= 0,此時判斷上一次采樣 時電流is方向： 若上一次采樣時is^ 0,則計算下管晶體管的累計關斷損耗E。"12: IC2=Ii s 其中，￡_為本次計算后下管晶體管的累計關斷損耗，E' _為本次計算前下管 晶體管的累計關斷損耗； 若上一次采樣時is< 0,則計算上管晶體管的累計開通損耗E mT1和下管二極管的 累計反向恢復損耗： 1"= I i J，IF^= I i J 其中，Erad)2為本次計算后下管二極管的累計反向恢復損耗，E' 為本次計算前 下管二極管的累計反向恢復損耗，EmT1為本次計算后上管晶體管的累計開通損耗，E' mT1為 本次計算前上管晶體管的累計開通損耗； 步驟7 :每隔采樣時間Ts，重復步驟5至步驟6,直至總采樣時間達到Tt(rtal，所述 Ttotal為多次計算所需采樣時間間隔T3的總和； 步驟8 :分別計算上下管的晶體管運行損耗功率P_T、開通損耗功率關斷損 耗功率以及上下管的二極管運行損耗功率P和反向恢復損耗功率P_D: 其中，P_T1為上管晶體管的運行損耗功率，P_T2為下管晶體管的運行損耗功率， P_D1為上管二極管的運行損耗功率，P_T2為下管二極管的運行損耗功率，PmTl為上管晶體 管的開通損耗功率，P mT2為下管晶體管的開通損耗功率，為上管晶體管的關斷損耗功 率，P()ffT2為下管晶體管的關斷損耗功率，p_D1S上管二極管的反向恢復損耗功率，p_ D2S 下管二極管的反向恢復損耗功率。優選的，步驟7中總采樣時間Tt()tal為MMC(模塊化多電 平變流器）基波周期的整數倍。 本專利技術提供的，根據所選取半導體器件特性確 定電流系數，對其晶體管通態特性曲線、二極管伏安特性曲線、晶體管開關特性曲線和二極 管反向恢復特性曲線進行插值擬合；在模塊化多電平變流器處于穩態運行時，判斷子模塊 各器件的觸發信號和流經子模塊的電流方向，計算各個器件相應的晶體管運行損耗功率、 開通損耗功率和關斷損耗功率以及二極管運行損耗功率和反向恢復損耗功率。 與現有技術相比，本專利技術具有如下的有益效果： 1、本專利技術提出一種MMC(模塊化多電平變流器）損耗估算方法，采用形如g(j)= a+b ? f的多項式擬合半導體器件的特性曲線，具有計算量小精度高的特點； 2、本專利技術不僅可以較為準確地計算MMC整體損耗情況，還可以對模塊化多電平變 流器損耗在器件各個部分的分布情況進行有效評估?！靖綀D說明】 通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種模塊化多電平變流器損耗估算方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1：根據模塊化多電平變流器選定的半導體器件類型，確定電流系數k；步驟2：根據步驟1中選定的半導體器件類型，對半導體器件的晶體管通態特性曲線VCE?IC進行插值擬合，其中VCE為集電極與發射極間電壓，IC為集電極電流，采用的插值多項式g(j)形式為：g(j)＝a+b·jc其中，a、b、c為常數系數，j為自變量；步驟3：重復步驟2，對半導體器件的二極管伏安特性曲線VF?IF、晶體管開關特性曲線Eon?IC和Eoff?IC、二極管反向恢復特性曲線Erec?IF進行插值擬合，得到各個曲線對應的特性常數a、b、c；其中VF為正向電壓，IF為正向電流，Eon和Eoff分別為開通能量和關斷能量，Erec為反向關斷能量；步驟4：初始化半導體器件的晶體管運行損耗EconT、二極管運行損耗EconD、晶體管開通損耗EonT、晶體管關斷損耗EoffT及二極管反向恢復損耗ErecD為零；步驟5：使模塊化多電平變流器保持穩態運行，檢測流入每個橋臂的子模塊的電流is，子模塊電容電壓Vc以及子模塊對應的觸發信號S1、S2，其中，下標中1表示上管對應的半導體器件參數標號，下標2表示下管對應的半導體器件參數標號；步驟6：判斷觸發信號：若S1＝1，S2＝0，表明子模塊兩個半導體器件中的上管導通，下管關斷，此時判斷電流is方向：若is≥0，則電流流經上管的二極管部分，此時計算上管二極管的累計運行損耗：IF1＝isEconD1=EconD1′+k·IF1k·VF1(IF1k)·Ts]]>其中，VF1(iF1/k)為步驟3得到的插值函數計算所得，下述相應計算均為代入插值函數計算所得，Ts為采樣時間，IF1為上管二極管的正向電流，EconD1為本次計算后的累計運行損耗，E′conD1為本次計算前的累計運行損耗，VF1為上管二極管的正向電壓；若is＜0，則電流流經上管的晶體管部分，此時計算上管晶體管的累計運行損耗：IC1＝|is|EconT1=EconT1′+k·IC1k·VCE(IC1k)·Ts]]>其中，IC1為上管晶體管的集電極電流，EconT1為本次計算后上管晶體管的累計運行損耗，E′conT1為本次計算前上管晶體管的累計運行損耗；若S1＝0，S2＝1，表明子模塊兩個功率器件中的下管導通，上管關斷，此時判斷電流is方向：若is≥0，則電流流經下管的晶體管部分，此時計算下管晶體管的累計運行損耗：IC2＝|is|EconT2=EconT2′+k·IC2k·VCE(IC2k)·Ts]]>其中，IC2為下管晶體管集電極電流，EconT2為本次計算后下管晶體管的累計運行損耗，E′conT2為本次計算前下管晶體管的累計運行損耗；若is＜0，則電流流經下管的二極管部分，此時計算下管二極管的累計運行損耗：IF2＝|is|EconD2=EconD2′+k·IF2k·VF(IF2k)·Ts]]>其中，IF2為下管二極管正向電流，EconD2為本次計算后下管二極管的累計運行損耗，E′conD2為本次計算前下管二極管的累計運行損耗；若上一次采樣時S1＝1，S2＝0，本次采樣時S1＝0，S2＝1，此時判斷上一次采樣時電流is方向：若上一次采樣時is≥0，則計算上管二極管的累計反向恢復損耗ErecD1和下管晶體管的累計開通損耗EonT2：IF1＝|is|，IC2＝|is|ErecD1=ErecD1′+k·Erec(iF1k)·VcVcc]]>EonT2=EonT2′+k·Eon(iC2k)·VcVcc]]>其中Vcc為參考關斷電壓，Vc為子模塊電容電壓，Erec1為本次計算后上管二極管的累計反向恢復損耗，E′recD1為本次計算前上管二極管的累計反向恢復損耗，EonT2為本次計算后下管晶體管的累計開通損耗，E′onT2為本次計算前下管晶體管的累計開通損耗。若上一次采樣時is＜0，則計算上管晶體管的累計關斷損耗EoffT1：IC1＝|is|EoffT1=EoffT1′+k·Eoff(IC1k)·VcVcc]]>其中，EoffT1為本次計算后上管晶體管的累計關斷損耗，E′offT1為本次計算前上管晶體管的累計關斷損耗；若上一次采樣時S1＝0，S2＝1，本次采樣時S1＝1，S2＝0，此時判斷上一次...
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：林環城，王志新，
申請(專利權)人：上海交通大學，
類型：發明
國別省市：上海;31
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