专利名称：一种模块化多电平换流器直流输电损耗计算方法
技术领域：
本发明属于电力系统输配电技术领域，尤其涉及一种模块化多电平换流器直流输电损耗计算方法。
背景技术：
随着电力系统大容量、远距离传输功率的要求与发展，基于电压源换流器 VSC(Voltage Source Converter)的柔性直流输电系统 VSC-HVDC(Voltage SourceConverter Based High Voltage Direct Current)被广泛应用于输配电领域,但是与传统直流输电相比，柔性直流输电系统VSC-HVDC的换流器损耗所占系统额定容量的比重较大，这也是其应用于大功率传输的主要障碍。所以，电压源换流器VSC的损耗特性的研究成为一个必须面对的课题。从传统直流输电系统的工程实际测量来看，换流器损耗比约为0. 7%，柔性直流输电中，当VSC电平数较低时，其开关频率较高，产生的损耗占整个换流站的损耗比例也较大，根据以往的理论计算及实际工程测量，两电平电压源换流器直流输电系统中，换流器损耗占系统总传输容量的损耗比约为3%，三电平电压源换流器直流输电系统的损耗比小于两电平系统的损耗比，但比重仍然很大。近些年来，模块化多电平换流器MMC(Modular Multilevel Converter)因其控制灵活、交流侧低次谐波含量少、开关频率低、损耗小等特性，在柔性直流输电工程中正逐步得到广泛应用，于是模块化多电平换流器MMC的损耗问题的研究也被提上案头。柔性直流输电系统VSC-HVDC的换流器损耗主要是所采用的绝缘栅双极型晶体管 IGBT器件产生的，所以，现有的绝缘栅双极型晶体管IGBT损耗计算的部分方法可以通用到多电平换流器的损耗计算中，但因模块化多电平换流器MMC的拓扑结构、控制方式的特殊性，上桥臂、下桥臂绝缘栅双极型晶体管IGBT模块在同一时刻的导通电流可能不同，所以其损耗问题还要具体分析。目前的电压源换流器损耗计算方法也只是针对两电平和三电平换流器，尚没有文献对多电平换流器的损耗计算方法进行系统的研究。随着工程实际的广泛应用，对模块化多电平换流器MMC损耗计算方法的深入研究有着迫切的需求性和必要性。
发明内容
针对上述背景技术中提到的现有换流器损耗计算中没有针对多电平换流器损耗计算方法的不足，本发明提出了一种模块化多电平换流器直流输电损耗计算方法。本发明的技术方案是，一种模块化多电平换流器直流输电损耗计算方法，其特征是该方法包括以下步骤步骤1 计算模块化多电平换流器的通态损耗；步骤1. 1 计算上桥臂和下桥臂中绝缘栅双极型晶体管IGBT的电流算数平均值、 续流二极管FWD的电流算数平均值；
步骤1. 2 在步骤1. 1的基础上，分别计算模块化多电平换流器的上桥臂、下桥臂的通态等值电流；步骤1. 3 分别计算模块化多电平换流器中上桥臂、下桥臂的总通态损耗；步骤2 计算模块化多电平换流器的开关损耗；步骤2. 1 通过曲线拟合分别计算绝缘栅双极型晶体管IGBT的结温系数、续流二极管FWD的结温系数；步骤2. 2 分别计算绝缘栅双极型晶体管IGBT的开关损耗、续流二极管FWD的反向恢复损耗；步骤3 计算模块化多电平换流器的三相总损耗。所述绝缘栅双极型晶体管IGBT的电流算数平均值、续流二极管FWD的电流算数平均值的计算公式分别为
权利要求
1.一种模块化多电平换流器直流输电损耗计算方法，其特征是该方法包括以下步骤 步骤1 计算模块化多电平换流器的通态损耗；步骤1. 1 计算上桥臂和下桥臂中绝缘栅双极型晶体管IGBT的电流算数平均值、续流二极管FWD的电流算数平均值；步骤1. 2 在步骤1. 1的基础上，分别计算模块化多电平换流器的上桥臂、下桥臂的通态等值电流；步骤1. 3 分别计算模块化多电平换流器中上桥臂、下桥臂的总通态损耗； 步骤2 计算模块化多电平换流器的开关损耗；步骤2. 1 通过曲线拟合分别计算绝缘栅双极型晶体管IGBT的结温系数、续流二极管 FffD的结温系数；步骤2. 2 分别计算绝缘栅双极型晶体管IGBT的开关损耗、续流二极管FWD的反向恢复损耗；步骤3 计算模块化多电平换流器的三相总损耗。
2.根据权利要求1所述一种模块化多电平换流器直流输电损耗计算方法，其特征是所述绝缘栅双极型晶体管IGBT的电流算数平均值、续流二极管FWD的电流算数平均值的计算公式分别为
3.根据权利要求2所述一种模块化多电平换流器直流输电损耗计算方法，其特征是所述b的取值为0.5。
4.根据权利要求2所述一种模块化多电平换流器直流输电损耗计算方法，其特征是所述q的取值为单相换流器时，q = 1/2 ； 三相换流器时，q= 1/3。
5.根据权利要求1所述一种模块化多电平换流器直流输电损耗计算方法，其特征是所述模块化多电平换流器的上桥臂、下桥臂的通态等值电流的计算公式分别为
6.根据权利要求5所述一种模块化多电平换流器直流输电损耗计算方法，其特征是所述m的取值范围为0 <m< 1。
7.根据权利要求1所述一种模块化多电平换流器直流输电损耗计算方法，其特征是所述模块化多电平换流器中上桥臂、下桥臂的总通态损耗的计算公式分别为
8.根据权利要求1所述一种模块化多电平换流器直流输电损耗计算方法，其特征是所述绝缘栅双极型晶体管IGBT的结温系数、续流二极管FWD的结温系数的计算公式分别为
9.根据权利要求1所述一种模块化多电平换流器直流输电损耗计算方法，其特征是所述绝缘栅双极型晶体管IGBT的开关损耗、续流二极管FWD的反向恢复损耗的计算公式分别为
10.根据权利要求1所述一种模块化多电平换流器直流输电损耗计算方法，其特征是所述模块化多电平换流器的三相总损耗的计算公式为
全文摘要
本发明公开了电力系统输配电技术领域中的一种模块化多电平换流器直流输电损耗计算方法。本发明填补了模块化多电平换流器MMC损耗研究的空白，提出了一套完整的求解模块化多电平换流器MMC损耗的方法。该方法的计算结果合乎工程实际要求，对实际的工程应用具有指导意义。
文档编号H02M7/12GK102158103SQ201110074399
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月25日 优先权日2011年3月25日
发明者刘军娜, 杨晓东, 杨柳, 王晶, 胡静, 许建中, 赵成勇, 陆翌 申请人:华北电力大学, 浙江省电力试验研究院