一种柔性直流输电换流阀功率模块箝位电路动作损耗测量方法及装置与流程

本发明实施例涉及电力电子，尤其涉及一种柔性直流输电换流阀功率模块箝位电路动作损耗测量方法及装置。

背景技术：

1、随着化石能源带来的污染问题日益严重以及新能源发电的不断发展，新能源发电的高效可靠传输成为关键问题。由于新能源发电往往远离负荷中心，针对远距离大容量电力传输，柔性直流输电技术具有显著优势。柔性直流输电的核心设备为换流阀，承担着交直流变换、潮流控制、故障穿越等关键任务。

2、传统柔直换流阀采用基于压接型绝缘栅双极型晶体管(insulate-gate bipolartransistor，简称igbt)功率模块级联的方式，压接型igbt器件具有失效短路、双面散热等优势，但由于其内部采用多芯片并联，增加了制造成本，降低了器件的可靠性。相比于igbt，集成门极换流晶闸管(intergrated gate commutated thyristors，简称igct)器件为整晶圆结构，具有更低的通态压降、更高的可靠性以及更低的制造成本。但由于igct器件本身特性，其开通过程为正反馈导通，需要外加阳极电抗器对开通过程的电流变化率进行限制。针对该外加阳极电抗器需要进一步额外采用箝位电路进行能量吸收，避免器件在开关过程产生大的尖峰。箝位电路的引入会使得功率模块产生额外的损耗，需要对该部分损耗进行准确的核算，以便于评估其对换流阀的效率和可靠性带来的影响。

3、现有箝位电路损耗计算方法基于理论分析和仿真计算，无法准确核算箝位电路在换流阀实际运行过程中的损耗，特别是箝位电路动作瞬态导致的损耗，理论分析存在一定的局限性。

技术实现思路

1、本发明提供一种柔性直流输电换流阀功率模块箝位电路动作损耗测量方法及装置，以实现有效提高箝位电路动作损耗计算结果的准确性，能够适用于igct柔直换流阀等基于igct的大功率设备应用。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种柔性直流输电换流阀功率模块箝位电路动作损耗测量方法，所述柔性直流输电换流阀功率模块包括直流电容器、阳极电抗器、箝位电路和桥臂电路，所述直流电容器的第一端和第二端分别连接所述柔性直流输电换流阀功率模块的第一直流输入端和第二直流输入端；所述阳极电抗器的第一端连接所述直流电容器的第一端，所述阳极电抗器的第二端连接所述箝位电路的第二端和所述桥臂电路的第一端，所述箝位电路的第一端连接所述阳极电抗器的第一端，所述箝位电路的第三端连接所述直流电容器的第二端和所述桥臂电路的第二端；所述箝位电路包括箝位二极管、箝位电阻和箝位电容，所述箝位电阻的第一端作为所述箝位电路的第一端，所述箝位电阻的第二端连接所述箝位二极管的输出端和所述箝位电容的第一端，所述箝位二极管的输入端作为所述箝位电路的第二端，所述箝位电容的第二端作为所述箝位电路的第三端，所述方法包括：

3、获取所述箝位电路中所述箝位二极管、所述箝位电阻和所述箝位电容在不同负载电流下流过的电流和两端的电压；

4、根据所述箝位电阻的阻值和所述箝位电阻两端的电压计算所述箝位电阻的损耗能量，根据所述箝位电容的内阻和所述箝位电容中流过的电流计算所述箝位电容的损耗能量，根据所述箝位二极管两端的电压和所述箝位二极管中流过的电流计算所述箝位二极管的损耗能量；

5、根据所述箝位电阻的损耗能量、所述箝位电容的损耗能量以及所述箝位二极管的损耗能量得到所述箝位电路的动作损耗能量。

6、进一步的，所述根据所述箝位电阻的阻值和所述箝位电阻两端的电压计算所述箝位电阻的损耗能量，包括：

7、所述箝位电阻的损耗能量表达式为：

8、

9、通过所述箝位电阻的损耗能量表达式计算得到所述箝位电阻的损耗能量；其中，er为所述箝位电阻的损耗能量，ur为所述箝位电阻两端的电压，rs为所述箝位电阻的阻值。

10、进一步的，所述根据所述箝位电容的内阻和所述箝位电容中流过的电流计算所述箝位电容的损耗能量，包括：

11、所述箝位电容的损耗能量表达式为：

12、

13、通过所述箝位电容的损耗能量表达式计算得到所述箝位电容的损耗能量；其中，ec为所述箝位电容的损耗能量，ic为所述箝位电容中流过的电流，rc为所述箝位电容的内阻。

14、进一步的，所述根据所述箝位电容的内阻和所述箝位电容中流过的电流计算所述箝位电容的损耗能量，包括：

15、所述箝位电容的损耗能量表达式为：

16、

17、通过所述箝位电容的损耗能量表达式计算得到所述箝位电容的损耗能量；其中，ec为所述箝位电容的损耗能量，ic为所述箝位电容中流过的电流，rc为所述箝位电容的内阻。

18、进一步的，所述根据所述箝位二极管两端的电压和所述箝位二极管中流过的电流计算所述箝位二极管的损耗能量，包括：

19、所述箝位二极管的损耗能量表达式为：

20、ed＝∫idud；

21、通过所述箝位二极管的损耗能量表达式计算得到所述箝位二极管的损耗能量；其中，ed为所述箝位二极管的损耗能量，id为所述箝位二极管中流过的电流，ud为所述箝位二极管两端的电压。

22、进一步的，所述桥臂电路中包括第一igct、第二igct、第一二极管和第二二极管，所述第一igct的输出端和所述第二igct的输入端串联，所述第一igct的输入端作为所述桥臂电路的第一端，所述第二igct的输出端作为所述桥臂电路的第二端，所述第一二极管的输入端连接所述第一igct的输出端，所述第一二极管的输出端连接所述第一igct的输入端，所述第二二极管的输入端连接所述第二igct的输出端，所述第二二极管的输出端连接所述第二igct的输入端，所述第二igct的输出端和所述箝位电容的第二端连接，所述根据所述箝位电阻的损耗能量、所述箝位电容的损耗能量以及所述箝位二极管的损耗能量得到所述箝位电路的动作损耗能量，包括：

23、当所述第一igct和所述第二igct在开通或关断时，所述箝位电路的动作损耗能量为所述根据所述箝位电阻的损耗能量、所述箝位电容的损耗能量以及所述箝位二极管的损耗能量之和，所述箝位电路的动作损耗能量的表达式为：

24、esw＝er+ec+ed；

25、其中，esw为所述第一igct和所述第二igct在开通或关断时的所述箝位电路动作损耗能量，er为所述箝位电阻的损耗能量，ec为所述箝位电容的损耗能量，ed为所述箝位二极管的损耗能量。

26、进一步的，所述根据所述箝位电阻的损耗能量、所述箝位电容的损耗能量以及所述箝位二极管的损耗能量得到所述箝位电路的动作损耗能量之前，还包括：

27、获取在所述第一igct和所述第二igct实际运行时所述桥臂电路的桥臂电流；

28、根据所述桥臂电流计算得到所述桥臂电流的有效值和平均值。

29、进一步的，所述根据所述箝位电阻的损耗能量、所述箝位电容的损耗能量以及所述箝位二极管的损耗能量得到所述箝位电路的动作损耗能量，还包括：

30、将所述第一igct和所述第二igct在开通或关断时的所述箝位电路动作损耗能量与所述负载电流间进行二阶拟合，得到所述箝位电路动作损耗能量与所述负载电流间的表达式：

31、

32、其中，iload为所述负载电流，所述负载电流为所述柔性直流输电换流阀功率模块的输出电流，a、b和c为拟合系数。

33、进一步的，所述根据所述箝位电阻的损耗能量、所述箝位电容的损耗能量以及所述箝位二极管的损耗能量得到所述箝位电路的动作损耗能量，还包括：

34、在所述第一igct和所述第二igct实际运行时，所述箝位电路的动作损耗能量为：

35、

36、其中，eop为所述第一igct和所述第二igct实际运行时的所述箝位电路动作损耗能量，iarm_rms为所述桥臂电流的有效值，iarm_avg为所述桥臂电流的平均值。

37、进一步的，所述获取所述箝位电路中所述箝位二极管、所述箝位电阻和所述箝位电容在不同负载电流下流过的电流和两端的电压，包括：

38、通过罗氏线圈获取所述箝位电路中各电路元件在不同负载电流下流过的电流；

39、通过电压检测装置获取所述箝位电路中各电路元件在不同负载电流下各电路元件两端的电压。

40、第二方面，本发明实施例还提供了一种柔性直流输电换流阀功率模块箝位电路动作损耗测量装置，包括：

41、获取模块，用于获取所述箝位电路中所述箝位二极管、所述箝位电阻和所述箝位电容在不同负载电流下流过的电流和两端的电压；

42、元件损耗计算模块，用于根据所述箝位电阻的阻值和所述箝位电阻两端的电压计算所述箝位电阻的损耗能量，根据所述箝位电容的内阻和所述箝位电容中流过的电流计算所述箝位电容的损耗能量，根据所述箝位二极管两端的电压和所述箝位二极管中流过的电流计算所述箝位二极管的损耗能量；

43、动作损耗计算模块，用于根据所述箝位电阻的损耗能量、所述箝位电容的损耗能量以及所述箝位二极管的损耗能量得到所述箝位电路的动作损耗能量。

44、本发明提供一种柔性直流输电换流阀功率模块箝位电路动作损耗测量方法及装置，通过获取箝位电路中箝位二极管、箝位电阻和箝位电容在不同负载电流下流过的电流和两端的电压；根据箝位电阻的阻值和箝位电阻两端的电压计算箝位电阻的损耗能量，根据箝位电容的内阻和箝位电容中流过的电流计算箝位电容的损耗能量，根据箝位二极管两端的电压和箝位二极管中流过的电流计算箝位二极管的损耗能量，从而对箝位电路的各元件的损耗能量进行计算；根据箝位电阻的损耗能量、箝位电容的损耗能量以及箝位二极管的损耗能量得到箝位电路的动作损耗能量，从而实现根据柔性直流输电换流阀在实际运行时的桥臂电流以及功率模块的平均开关动作频率，计算得到箝位电路的实际动作损耗，有效提高箝位电路动作损耗计算结果的准确性，以便于根据箝位电路动作损耗对柔性直流输电换流阀的效率和可靠性进行评估，提高评估结果的准确性。另外，该方法能够适用于采用igct的柔性直流输电换流阀等基于igct的大功率设备应用。