模块化多电平换流阀损耗简便计算方法与流程

技术特征：
1.模块化多电平换流阀损耗简便计算方法，其特征在于包括：模块化多电平换流阀的损耗主要由igbt和二极管的导通损耗和开关损耗两部分组成；导通损耗的计算方法为：根据系统单极传输的有功功率和极线额定电压求得直流电流i
dcn
：式中：u
n
——极线额定电压；p——单极传输的有功功率；柔直变压器阀侧交流相电流有效值iv为：式中：uv——柔直变压器阀侧线电压有效值；q——柔性直流换流站单极传输的无功功率；二倍频环流被充分抑制时，桥臂电流i
arm
表达式为：ω——电源角频率；iv——柔直变压器阀侧交流相电流有效值；则桥臂电流有效值i
arm_rms
为：桥臂电流平均值i
arm_avr
计算式为：将式(3)代入式(5)可得：其中：经过对半桥拓扑子模块的导通过程分析，可知整流工况下二极管和igbt导通时间比例约为4:1，则有：
式中：v
0d
、v
0t
——二极管和igbt的阈值电压；r
0d
、r
0t
——二极管和igbt的斜率电阻；v
0rec
、r
0rec
——整流站开关器件等效阈值电压和斜率电阻；整流工况下子模块导通损耗p
consm_rec
表示为：逆变工况igbt和二极管导通时间比例约为4:1，则有：式中：v
0inv
、r
0inv
——逆变站开关器件等效阈值电压和斜率电阻；逆变工况下子模块导通损耗p
consm_inv
表示为：igbt及二极管开关损耗计算方法为：在简便计算中考虑取100hz作为计算的开关频率，子模块开关损耗功率p
smsw
计算式为：p
smsw
＝f
sm
·
(e
on
e
off
e
rec
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)式中：f
sm
——子模块开关器件的开关频率；e
on
——igbt开通损耗；e
off
——igbt关断损耗；e
rec
——二极管反向恢复损耗；对开关器件的开关能量关于电流进行二次多项式拟合，可得到：式中：i
on_t
,i
off_t
——igbt开通时刻，关断时刻的电流；i
off_d
——二极管关断时的电流；a1、b1、c1、a2、b2、c2——可由igbt器件开关能量特性曲线拟合得到；a3、b3、c3——可由二极管器件反向恢复能量特性曲线拟合得到；用平均电流i
arm_avr
替代不连续的igbt及二极管电流，最终得到：
柔性直流换流站模块化多电平换流阀损耗：将以上两项损耗相加，可得整流站换流阀子模块损耗p
smloss_rec
和逆变站换流阀子模块损耗p
smloss_inv
为：则整流站换流阀总损耗p
loss_rec
和逆变站换流阀总损耗p
loss_inv
为：式中：n
arm_rec
——整流站桥臂子模块数；n
arm_inv
——逆变站桥臂子模块数。

技术总结
本发明公开了一种模块化多电平换流阀损耗简便计算方法，在获得柔性直流输电系统主回路参数的基础上，即可进行换流阀损耗计算，无需建立系统电磁暂态仿真模型，便于在工程设计初期对换流阀损耗进行初步估算。相较于目前常用的模块化多电平换流阀损耗电磁暂态仿真计算方法，具有计算方法简便、计算过程快速、计算原理易于理解和掌握等优点。本发明忽略结温变化对损耗的影响，采用额定工作温度下的器件参数；忽略实际开关过程中的电流变化，利用开关器件等效参数、电流有效值与平均值和平均开关频率计算开关损耗，并引入了等效器件参数，根据导通时间比例计算等效器件参数，统一了IGBT和二极管器件的交替导通过程，在一定程度上保证了计算精度。证了计算精度。


技术研发人员：李浩原 王江天 刘超 李文津 王刚 周国梁 曾维雯 韩毅博 夏泠风 王凤云 彭越 周思远 曾涤非 陆洲 张梓铭 梁言桥 杨金根
受保护的技术使用者：中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司
技术研发日：2022.09.19
技术公布日：2022/11/18