静止无功发生器功率子模块的工作状态确定方法及装置与流程

1.本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种静止无功发生器功率子模块的工作状态确定方法及装置。


背景技术：

2.静止无功发生器(svg)属于电力电子装置（power electronic equipment）的一种，是由各类电力电子电路组成的装置，常用于大功率电能的变换和控制。电力电子装置受所用器件性能的影响，承受过电压、过电流的能力比较差。例如，电动机、变压器等通常可在几倍的额定电流下工作几秒钟或几分钟，而在相同条件下电力电子器件只需0.1秒或更短时间就已损坏。因此，除在设计电力电子装置时合理选择器件的电压、电流容量外，还需专门采取一些保护措施，以防止装置内的器件因过电流、过电压而损坏。某些电力电子装置对环境条件(如温度、冷却水压力、风速等)有特殊要求，需对这些条件进行监测，以保证装置可靠运行。
3.现有的保护动作一般从两个角度考虑，过电流保护和过电压保护。过电流保护又分为直流侧过电流、交流侧过电流和元件过电流保护等；过电压又分为直流侧过电压、交流侧过电压和元件过电压保护等；交流侧过电压又有雷击过电压、操作过电压、浪涌过电压保护等。
4.从装置级角度考虑，元件的过电流保护和过电压保护尤其重要，传统svg的状态检测保护的方式，就是对子模块电压、输出电流，输出电压设固定的限制，无论哪一个值超出限制，装置立刻进入停机保护状态，退出运行。
5.在装置设计的初期，出于安全的考虑，这些限制值的设定通常考虑最恶劣的工况。但是在实际工程中遇到最恶劣的情况的概率比较低，在svg达到限幅之后还有较大的安全裕度，导致装置没能在安全范围内完全出力，造成了很大程度的资源浪费。


技术实现要素：

6.针对现有技术中的问题，本发明实施例提供一种静止无功发生器功率子模块的工作状态确定方法及装置，能够至少部分地解决现有技术中存在的问题。
7.一方面，本发明提出一种静止无功发生器功率子模块的工作状态确定方法，包括：根据静止无功发生器的调制策略以及所述静止无功发生器功率子模块中的每个功率器件的工作特性，确定所述功率子模块中的每个功率器件在工频周期内的平均损耗功率；根据所述功率子模块中的每个功率器件在工频周期内的平均损耗功率，确定所述功率子模块中的每个所述功率器件的实时结温；根据所述功率子模块中的每个所述功率器件的实时结温，确定所述功率子模块的工作状态。
8.可选的，所述根据静止无功发生器的调制策略以及所述静止无功发生器功率子模块中的每个功率器件的工作特性，确定所述功率子模块中的每个功率器件在工频周期内的平均损耗功率包括：
根据静止无功发生器功率子模块中的绝缘栅双极型晶体管的工作特性，确定所述绝缘栅双极型晶体管的瞬时损耗功率；根据所述绝缘栅双极型晶体管的瞬时损耗功率以及所述静止无功发生器的调制策略，确定所述绝缘栅双极型晶体管在工频周期内的平均损耗功率；根据静止无功发生器功率子模块中的二极管的工作特性，确定所述二极管的瞬时损耗功率；根据所述二极管的瞬时损耗功率以及所述静止无功发生器的调制策略，确定所述二极管在工频周期内的平均损耗功率。
9.可选的，所述根据静止无功发生器功率子模块中的绝缘栅双极型晶体管的工作特性，确定所述绝缘栅双极型晶体管的瞬时损耗功率包括：根据所述绝缘栅双极型晶体管的输出特性曲线，确定所述绝缘栅双极型晶体管的通态损耗功率；根据所述绝缘栅双极型晶体管的开关损耗曲线，确定所述绝缘栅双极型晶体管的开关损耗功率；根据所述绝缘栅双极型晶体管的通态损耗功率以及开关损耗功率，确定所述绝缘栅双极型晶体管的瞬时损耗功率；所述根据静止无功发生器功率子模块中的二极管的工作特性，确定所述二极管的瞬时损耗功率包括：根据所述二极管的正向偏差特性曲线，确定所述二极管的通态损耗功率；根据所述二极管的反向恢复损耗曲线，确定所述二极管的反向恢复损耗功率；根据所述二极管的通态损耗功率以及反向恢复损耗功率，确定所述二极管的瞬时损耗功率。
10.可选的，所述根据所述绝缘栅双极型晶体管的瞬时损耗功率以及所述静止无功发生器的调制策略，确定所述绝缘栅双极型晶体管在工频周期内的平均损耗功率包括：根据所述静止无功发生器的调制策略，确定所述绝缘栅双极型晶体管在任一开关周期内的导通时间；根据所述绝缘栅双极型晶体管在任一开关周期内的导通时间以及所述绝缘栅双极型晶体管的瞬时损耗功率，确定所述绝缘栅双极型晶体管在工频周期内的平均损耗功率；所述根据所述二极管的瞬时损耗功率以及所述静止无功发生器的调制策略，确定所述二极管在工频周期内的平均损耗功率包括：根据所述静止无功发生器的调制策略，确定所述二极管在任一开关周期内的导通时间；根据所述二极管在任一开关周期内的导通时间以及所述二极管的瞬时损耗功率，确定所述二极管在工频周期内的平均损耗功率。
11.可选的，所述根据所述功率子模块中的每个功率器件在工频周期内的平均损耗功率，确定所述功率子模块中的每个所述功率器件的实时结温包括：根据所述绝缘栅双极型晶体管在工频周期内的平均损耗功率、以及所述二极管在工频周期内的平均损耗功率，构建所述功率子模块的热阻抗模型；根据所述功率子模块的热阻抗模型，确定所述绝缘栅双极型晶体管的实时结温以及所述二极管的实时结温。
12.可选的，所述根据所述功率子模块中的每个所述功率器件的实时结温，确定所述功率子模块的工作状态包括：
根据所述静止无功发生器的调制策略，确定流经所述绝缘栅双极型晶体管的电流以及流经所述二极管的电流；根据流经所述绝缘栅双极型晶体管的电流、流经所述二极管的电流、所述绝缘栅双极型晶体管的实时结温以及所述二极管的实时结温，确定所述功率子模块的工作状态。
13.可选的，所述根据流经所述绝缘栅双极型晶体管的电流、流经所述二极管的电流、所述绝缘栅双极型晶体管的实时结温以及所述二极管的实时结温，确定所述功率子模块的工作状态包括：获取所述功率子模块中的直流电容的电压值；根据所述直流电容的电压值、流经所述绝缘栅双极型晶体管的电流、流经所述二极管的电流、所述绝缘栅双极型晶体管以及所述二极管的实时结温，确定所述功率子模块的工作状态。
14.可选的，所述根据所述直流电容的电压值、流经所述绝缘栅双极型晶体管的电流、流经所述二极管的电流、所述绝缘栅双极型晶体管的实时结温以及所述二极管的实时结温，确定所述功率子模块的工作状态包括：按照以下工作状态评估公式计算所述功率子模块的工作状态评估值：式中，表示功率子模块的工作状态评估值，表示所述直流电容的电压值，表示所述直流电容的额定电压值，表示流经所述绝缘栅双极型晶体管的电流，表示所述绝缘栅双极型晶体管的额定电流，表示流经所述二极管的电流，表示所述二极管的额定电流，表示所述绝缘栅双极型晶体管的实时结温，表示所述绝缘栅双极型晶体管的额定结温，表示所述二极管的实时结温，表示所述二极管的额定结温；若所述功率子模块的工作状态评估值大于安全裕度值，则确定所述功率子模块处于危险运行状态。
15.另一方面，本发明提出一种静止无功发生器功率子模块的工作状态确定装置，包括：第一确定模块，用于根据静止无功发生器的调制策略以及所述静止无功发生器功率子模块中的每个功率器件的工作特性，确定所述功率子模块中的每个功率器件在工频周期内的平均损耗功率；第二确定模块，用于根据所述功率子模块中的每个功率器件在工频周期内的平均损耗功率，确定所述功率子模块中的每个所述功率器件的实时结温；第三确定模块，用于根据所述功率子模块中的每个所述功率器件的实时结温，确定所述功率子模块的工作状态。
16.可选的，所述第一确定模块包括：第一确定子模块，用于根据静止无功发生器功率子模块中的绝缘栅双极型晶体管
的工作特性，确定所述绝缘栅双极型晶体管的瞬时损耗功率；根据所述绝缘栅双极型晶体管的瞬时损耗功率以及所述静止无功发生器的调制策略，确定所述绝缘栅双极型晶体管在工频周期内的平均损耗功率；第二确定子模块，用于根据静止无功发生器功率子模块中的二极管的工作特性，确定所述二极管的瞬时损耗功率；根据所述二极管的瞬时损耗功率以及所述静止无功发生器的调制策略，确定所述二极管在工频周期内的平均损耗功率。
17.可选的，所述第一确定子模块根据静止无功发生器功率子模块中的绝缘栅双极型晶体管的工作特性，确定所述绝缘栅双极型晶体管的瞬时损耗功率包括：根据所述绝缘栅双极型晶体管的输出特性曲线，确定所述绝缘栅双极型晶体管的通态损耗功率；根据所述绝缘栅双极型晶体管的开关损耗曲线，确定所述绝缘栅双极型晶体管的开关损耗功率；根据所述绝缘栅双极型晶体管的通态损耗功率以及开关损耗功率，确定所述绝缘栅双极型晶体管的瞬时损耗功率；所述第二确定子模块根据静止无功发生器功率子模块中的二极管的工作特性，确定所述二极管的瞬时损耗功率包括：根据所述二极管的正向偏差特性曲线，确定所述二极管的通态损耗功率；根据所述二极管的反向恢复损耗曲线，确定所述二极管的反向恢复损耗功率；根据所述二极管的通态损耗功率以及反向恢复损耗功率，确定所述二极管的瞬时损耗功率。
18.可选的，所述第一确定子模块根据所述绝缘栅双极型晶体管的瞬时损耗功率以及所述静止无功发生器的调制策略，确定所述绝缘栅双极型晶体管在工频周期内的平均损耗功率包括：根据所述静止无功发生器的调制策略，确定所述绝缘栅双极型晶体管在任一开关周期内的导通时间；根据所述绝缘栅双极型晶体管在任一开关周期内的导通时间以及所述绝缘栅双极型晶体管的瞬时损耗功率，确定所述绝缘栅双极型晶体管在工频周期内的平均损耗功率；所述第二确定子模块根据所述二极管的瞬时损耗功率以及所述静止无功发生器的调制策略，确定所述二极管在工频周期内的平均损耗功率包括：根据所述静止无功发生器的调制策略，确定所述二极管在任一开关周期内的导通时间；根据所述二极管在任一开关周期内的导通时间以及所述二极管的瞬时损耗功率，确定所述二极管在工频周期内的平均损耗功率。
19.可选的，所述第二确定模块具体用于：根据所述绝缘栅双极型晶体管在工频周期内的平均损耗功率、以及所述二极管在工频周期内的平均损耗功率，构建所述功率子模块的热阻抗模型；根据所述功率子模块的热阻抗模型，确定所述绝缘栅双极型晶体管的实时结温以及所述二极管的实时结温。
20.可选的，所述第三确定模块具体用于：根据所述静止无功发生器的调制策略，确定流经所述绝缘栅双极型晶体管的电流以及流经所述二极管的电流；
根据流经所述绝缘栅双极型晶体管的电流、流经所述二极管的电流、所述绝缘栅双极型晶体管的实时结温以及所述二极管的实时结温，确定所述功率子模块的工作状态。
21.可选的，所述第三确定模块根据流经所述绝缘栅双极型晶体管的电流、流经所述二极管的电流、所述绝缘栅双极型晶体管的实时结温以及所述二极管的实时结温，确定所述功率子模块的工作状态包括：获取所述功率子模块中的直流电容的电压值；根据所述直流电容的电压值、流经所述绝缘栅双极型晶体管的电流、流经所述二极管的电流、所述绝缘栅双极型晶体管以及所述二极管的实时结温，确定所述功率子模块的工作状态。
22.可选的，所述第三确定模块根据所述直流电容的电压值、流经所述绝缘栅双极型晶体管的电流、流经所述二极管的电流、所述绝缘栅双极型晶体管的实时结温以及所述二极管的实时结温，确定所述功率子模块的工作状态包括：按照以下工作状态评估公式计算所述功率子模块的工作状态评估值：式中，表示功率子模块的工作状态评估值，表示所述直流电容的电压值，表示所述直流电容的额定电压值，表示流经所述绝缘栅双极型晶体管的电流，表示所述绝缘栅双极型晶体管的额定电流，表示流经所述二极管的电流，表示所述二极管的额定电流，表示所述绝缘栅双极型晶体管的实时结温，表示所述绝缘栅双极型晶体管的额定结温，表示所述二极管的实时结温，表示所述二极管的额定结温；若所述功率子模块的工作状态评估值大于安全裕度值，则确定所述功率子模块处于危险运行状态。
23.再一方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述任一实施例所述的静止无功发生器功率子模块的工作状态确定方法的步骤。
24.又一方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例所述的静止无功发生器功率子模块的工作状态确定方法的步骤。
25.本发明实施例提供的静止无功发生器功率子模块的工作状态确定方法、装置及电子设备，依托svg的调制策略确定其功率子模块的实时结温，并依据实时结温这一影响svg功率子模块安全稳定运行的重要因素对svg功率子模块的工作状态进行评估，为svg及时调整自身的工作模式提供理论数据支撑。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：图1是ｈ桥级联型多电平逆变器拓扑结构图。
27.图2是本发明一实施例提供的静止无功发生器功率子模块的工作状态确定方法的流程示意图。
28.图3是静止无功发生器功率子模块的拓扑图。
29.图4是英飞凌fz1500r33hl3型号igbt的输出特性曲线。
30.图5是二极管正向偏压特性曲线。
31.图6是igbt的开关损耗特性曲线。
32.图7是二极管的反向恢复损耗特性曲线。
33.图8是pwm调制方式原理示意图。
34.图9是igbt器件的内部结构示意图。
35.图10是本发明一实施例构建的svg功率子模块的热模型的示意图。
36.图11是某个工频周期内功率子模块对外输出电压以及四个开关器件的导通状态示意图。
37.图12是电流流入svg功率子模块的半个工频周期内的电流路径示意图。
38.图13是电流流出svg功率子模块的半个工频周期内的电流路径示意图。
39.图14是本发明一实施例提供的静止无功发生器功率子模块的工作状态确定装置的结构示意图。
40.图15是本发明一实施例提供的静止无功发生器功率子模块的工作状态确定装置的部分结构示意图。
41.图16是本发明一实施例提供的电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
42.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
43.为了便于理解本技术提供的技术方案，下面先对本技术技术方案的研究背景进行简单说明。
44.如图1所示，为ｈ桥级联型多电平逆变器拓扑结构图，每个ｈ桥单元都有一个独立的直流电源，直流电压由电容支撑，相互之间没有直接的电气联系。直流侧电容电压的大小决定了功率单元中开关器件的耐压大小。每个子模块中的直流电容具有相同的直流电压，经过pwm调制每个功率子模块以输出+ud、0、-ud三个电平，如果每相有n个h桥级联，则可以输出2n+1个电平。
45.高压大容量的级联型 svg 工作时功率器件会产生大量的损耗，降低了 svg工作效率，影响了svg无功输出能力，其带来的发热现象会导致装置的结温抬升，同时其过压过流问题也会影响svg装置的安全稳定运行，使svg的应用与推广受到阻碍。因此svg功率子模
块工作状态评估问题不容忽视，依托svg的调制策略对其功率子模块的工作状态进行评估，为svg及时调整自身的工作模式提供理论数据支撑。
46.图2是本发明一实施例提供的静止无功发生器功率子模块的工作状态确定方法的流程示意图，如图2所示，本发明实施例提供的静止无功发生器功率子模块的工作状态确定方法，包括：s101、根据静止无功发生器的调制策略以及所述静止无功发生器功率子模块中的每个功率器件的工作特性，确定所述功率子模块中的每个功率器件在工频周期内的平均损耗功率；本步骤，所述静止无功发生器功率子模块的拓扑图可以如图3所示，拓扑图中c0是功率子模块的直流侧电容，代表二极管，代表开关器件igbt（绝缘栅双极型晶体管）；故所述功率子模块中的功率器件包括绝缘栅双极型晶体管和二极管；每个所述功率器件的工作特性可根据该功率器件数据手册中的相关数据推导得到；所述静止无功发生器的调制策略（pwm调制）是一种模拟控制方式，根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或mos管栅极的偏置，来实现晶体管或mos管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。
47.在得到所述功率子模块中的每个所述功率器件的工作特性之后，结合所述静止无功发生器的调制策略，可确定所述功率子模块中的每个功率器件在工频周期内的平均损耗功率。
48.s102、根据所述功率子模块中的每个功率器件在工频周期内的平均损耗功率，确定所述功率子模块中的每个所述功率器件的实时结温；本步骤，svg工作时功率器件产生损耗带来的发热现象会导致svg装置的结温抬升，故每个所述功率器件的实时结温与该功率器件在工频周期内的平均损耗功率相关，因此可根据svg功率子模块中每个功率器件在工频周期内的平均损耗功率，确定所述功率子模块中的每个所述功率器件的实时结温。
49.s103、根据所述功率子模块中的每个所述功率器件的实时结温，确定所述功率子模块的工作状态。
50.本步骤，所述功率子模块中的每个所述功率器件的实时结温，是影响svg功率子模块安全稳定运行的重要因素，故可根据所述功率子模块中的每个所述功率器件的实时结温，确定所述功率子模块是否在安全运行状态。
51.本发明实施例提供的静止无功发生器功率子模块的工作状态确定方法，依托svg的调制策略确定其功率子模块的实时结温，并依据实时结温这一影响svg功率子模块安全稳定运行的重要因素对svg功率子模块的工作状态进行评估，为svg及时调整自身的工作模式提供理论数据支撑。
52.可选的，在上述实施例中，所述根据静止无功发生器的调制策略以及所述静止无功发生器功率子模块中的每个功率器件的工作特性，确定所述功率子模块中的每个功率器件在工频周期内的平均损耗功率可以包括：根据静止无功发生器功率子模块中的绝缘栅双极型晶体管的工作特性，确定所述绝缘栅双极型晶体管的瞬时损耗功率；根据所述绝缘栅双极型晶体管的瞬时损耗功率以及所述静止无功发生器的调制策略，确定所述绝缘栅双极型晶体管在工频周期内的平均损耗
功率；根据静止无功发生器功率子模块中的二极管的工作特性，确定所述二极管的瞬时损耗功率；根据所述二极管的瞬时损耗功率以及所述静止无功发生器的调制策略，确定所述二极管在工频周期内的平均损耗功率。
53.本实施例，可结合器件数据手册中相关数据记载的所述绝缘栅双极型晶体管的工作特性，推导出所述绝缘栅双极型晶体管的瞬时损耗功率；由于在所述静止无功发生器的一个调制波周期内，流经所述绝缘栅双极型晶体管的电流是随静止无功发生器的调制策略发生变化的，故可结合所述静止无功发生器的调制策略以及推导出的所述绝缘栅双极型晶体管的瞬时损耗功率，确定所述绝缘栅双极型晶体管在工频周期内的平均损耗功率。
54.同理，可结合器件数据手册中相关数据记载的所述二极管的工作特性，推导出所述二极管的瞬时损耗功率；由于在所述静止无功发生器的一个调制波周期内，流经所述二极管的电流是随静止无功发生器的调制策略发生变化的，故可结合所述静止无功发生器的调制策略以及推导出的所述二极管的瞬时损耗功率，确定所述二极管在工频周期内的平均损耗功率。
55.可选的，在上述实施例中，所述根据静止无功发生器功率子模块中的绝缘栅双极型晶体管的工作特性，确定所述绝缘栅双极型晶体管的瞬时损耗功率包括：根据所述绝缘栅双极型晶体管的输出特性曲线，确定所述绝缘栅双极型晶体管的通态损耗功率；根据所述绝缘栅双极型晶体管的开关损耗曲线，确定所述绝缘栅双极型晶体管的开关损耗功率；根据所述绝缘栅双极型晶体管的通态损耗功率以及开关损耗功率，确定所述绝缘栅双极型晶体管的瞬时损耗功率；所述根据静止无功发生器功率子模块中的二极管的工作特性，确定所述二极管的瞬时损耗功率包括：根据所述二极管的正向偏差特性曲线，确定所述二极管的通态损耗功率；根据所述二极管的反向恢复损耗曲线，确定所述二极管的反向恢复损耗功率；根据所述二极管的通态损耗功率以及反向恢复损耗功率，确定所述二极管的瞬时损耗功率。
56.本实施例，igbt器件的功率损耗包括静态损耗、开关损耗与驱动损耗3个部分，其中静态损耗又包含通态损耗与截止损耗，开关损耗又包含开通损耗与关断损耗；由于igbt的截止损耗和驱动损耗与总损耗相比非常小，所以在计算的时候可忽略不计。故igbt的瞬时损耗功率可以表示为：。
57.svg每个子模块中的igbt都与二极管反向并联，其中二极管的损耗有通态损耗、开通损耗、反向恢复损耗与截止损耗，计算损耗的时候二极管截止损耗与开通损耗可以忽略不计，故二极管的瞬时损耗功率可以表示为：。
58.具体的，首先可进行通态损耗的计算：举例而言，英飞凌fz1500r33hl3型号igbt的输出特性曲线如图4所示，将igbt集电
极-发射极电压与igbt集电极电流之间的关系用直线近似：；式中，为igbt擎柱电压，为正向导通电阻，它们都与结温t有关。根据结温t1为125℃，t2为25℃时的曲线（参见图4），可以分别得到、与、。通过一次拟合的方法，可以得到、的近似表达式：；；因此，可以求出igbt的通态损耗功率为：。
59.二极管正向偏压特性曲线如图5所示，同理，将二极管正向导通压降与二极管正向导通电流之间的关系用直线近似：；同理可以推导出与igbt并联的二极管的特性参数以及,它们都是与温度t有关的函数。故可以类比得到二极管的通态损耗功率为：。
60.然后进行开关损耗的计算：igbt的开关损耗特性曲线如图6所示，二极管的反向恢复损耗特性曲线如图7所示。
61.对于igbt的开关损耗以及二极管的恢复损耗与流过电流的关系，可以用二次函数来拟合。根据损耗曲线，得到二次拟合表达式如下：igbt的开通损耗为：；igbt的关断损耗为：；则igbt的开关损耗可以写为：
；同理，可得二极管反向恢复损耗：；式中，为直流侧电压，是额定工作电压，、为器件开关期间的给定电流，则是能量损耗计算的拟合系数。
62.拟合系数的计算过程如下：假设拟合曲线为二次曲线：；已知数据点（），i=1,2,
……
n，该近似拟合曲线的均方误差为：；要求上式的极小值，那么归结为多元函数求极值的问题，立刻就会想到求导，则有：求导过程如下：
可以将上面的结果，将上述线性方程组转换为矩阵方程，即：其系数行列式为：其值若不为0，则方程组有解，另外：
由此可以解得二次曲线的各系数：以上是拟合系数的计算过程。
63.由于igbt的开关损耗和二极管的恢复损耗还与结温有关，故可引入结温修正系数、。在一定的温度范围内，可以利用插值得到结温修正系数：
其中，、是器件数据手册给定直流电压与额定电流下，结温分别为时的开关损耗能量；则分别是相同条件下的反向恢复损耗能量。
64.由于表示一次开关过程损耗的能量，若要求一次开关周期的平均开关损耗功率以及平均反向恢复损耗功率，令开关频率为，则有igbt一次开关周期的平均开关损耗功率、二极管一次开关周期的平均反向恢复损耗功率：可选的，在上述实施例中，在对igbt及其反并联二极管的瞬时损耗功率分析之后，需要将其放到svg实际功率子模块中进行分析。具体的，所述根据所述绝缘栅双极型晶体管的瞬时损耗功率以及所述静止无功发生器的调制策略，确定所述绝缘栅双极型晶体管在工频周期内的平均损耗功率可以包括：根据所述静止无功发生器的调制策略，确定所述绝缘栅双极型晶体管在任一开关周期内的导通时间；根据所述绝缘栅双极型晶体管在任一开关周期内的导通时间以及所述绝缘栅双极型晶体管的瞬时损耗功率，确定所述绝缘栅双极型晶体管在工频周期内的平均损耗功率；所述根据所述二极管的瞬时损耗功率以及所述静止无功发生器的调制策略，确定所述二极管在工频周期内的平均损耗功率可以包括：根据所述静止无功发生器的调制策略，确定所述二极管在任一开关周期内的导通时间；根据所述二极管在任一开关周期内的导通时间以及所述二极管的瞬时损耗功率，确定所述二极管在工频周期内的平均损耗功率。
65.本实施例，如图3所示的svg功率子模块拓扑图，拓扑图中c0是功率子模块的直流侧电容，代表二极管，代表开关器件igbt，并且用
代表半桥子模块悬浮电容电压，来表示半桥子模块对外电压，来表示流入子模块的电流，同时将其作为参考方向。据拓扑图可知，子模块同样是二端口单元，调节控制信号来控制四个开关器件igbt的通断状态，可以实现全桥子模块对外电压在0和
±
之间的情况下变换。由于svg三相结构完全一致，每个功率子模块的拓扑结构左右对称，因此只需要研究其中一个igbt和一个二极管的损耗模型，即可推广到整个级联h桥svg装置。只有当大于0时，和才有可能导通，因此计算损耗，可以只考虑半个周期。
66.若静止无功发生器脉宽调制的调制比在0-1之间，交流电压与电流之间的相位差为，设电流的时域表达式为：；则电压时域表达式可表示为：；图8是pwm调制方式原理示意图，图中仅画出了载波的一个周期，由图8容易得到线段1和线段2的方程分别为：线段1：；线段2：；其中是载波周期，是载波的幅值。
67.时刻满足下面所示的方程组：时刻满足下面所示的方程组：；由此可导出igbt占空比如下式所示：；不难验证上式在每个载波周期都是成立的。
68.设置igbt的死区时间为，则igbt管t3在任一开关周期内的导通时间可以得出：
；则任一开关周期内igbt的通态损耗为：据此可以计算出在一个开关周期内，igbt的平均通态损耗功率为：；一般情况下，开关周期相比于工频周期是很小的，因此，我们可以将视为一个工频周期内任一时刻的瞬时功耗。将其在一个工频周期内积分再除上工频周期，就可得到平均功率。因此工频周期内igbt的平均通态损耗功率可以表示为：下面我们根据以上方法，计算二极管通态损耗：根据调制原理图不难得出，当采用pwm调制时，二极管的占空比如下：；设置二极管的死区时间为，则二极管在任一开关周期内的导通时间可以得出：；同理可得二极管在工频周期内的平均通态损耗功率为：；接下来进行igbt开关损耗和二极管开关损耗的计算。同样将平均
开关损耗功率当作瞬时开关损耗功率，对其在工频周期上进行积分再除上工频周期：：可选的，在上述实施例中，所述根据所述功率子模块中的每个功率器件在工频周期内的平均损耗功率，确定所述功率子模块中的每个所述功率器件的实时结温包括：根据所述绝缘栅双极型晶体管在工频周期内的平均损耗功率、以及所述二极管在工频周期内的平均损耗功率，构建所述功率子模块的热阻抗模型；根据所述功率子模块的热阻抗模型，确定所述绝缘栅双极型晶体管的实时结温以及所述二极管的实时结温。
69.本实施例，igbt器件内部结构如图9所示，据此构建igbt器件热模型如图10所示。根据热阻抗模型，可以计算出功率器件的实时结温：；其中，是igbt的实时结温，是二极管的实时结温，和是器件本身的热阻抗，和是外壳到散热器的热阻抗，是散热器的热阻抗，都可以从数据手册中查找。和分别是单个功率子模块4个igbt和4个二极管的总损耗，是环境温度。
70.可选的，在上述实施例中，所述根据所述功率子模块中的每个所述功率器件的实
时结温，确定所述功率子模块的工作状态包括：根据所述静止无功发生器的调制策略，确定流经所述绝缘栅双极型晶体管的电流以及流经所述二极管的电流；根据流经所述绝缘栅双极型晶体管的电流、流经所述二极管的电流、所述绝缘栅双极型晶体管的实时结温以及所述二极管的实时结温，确定所述功率子模块的工作状态。
71.本实施例，所述根据所述静止无功发生器的调制策略，确定流经所述绝缘栅双极型晶体管的电流以及流经所述二极管的电流可以包括：对一个调制波周期内开关器件的动作以及电流流经路径进行分析，举例而言，图11从上至下依次是某个工频周期内功率子模块对外输出电压以及四个开关器件的导通状态示意图。根据开关器件导通状态和电流方向，可以确定在每个工频周期内电流流经路径。图12是电流流入的半个工频周期内电流路径，单个模块输出电压为+uc和0，图13是电流流出的半个工频周期内电流路径，单个模块输出电压为-uc和0。
72.根据电流方向、流通路径以及前文占空比的推导，可以计算流经igbt的电流和流经二极管的电流：任一开关周期内的流经igbt的瞬时电流为：开关周期相比于工频周期是很小的，因此，我们可以计算一个工频周期内igbt任一时刻的瞬时电流：将其在一个工频周期内积分再除上工频周期，就可得到流经igbt的电流。因此工频周期内的流经igbt的电流可以表示为：同理，可以计算得出流经二极管的电流，其表示为：
式中，表示一个工频周期内二极管任一时刻的瞬时电流。
73.在得到流经所述绝缘栅双极型晶体管的电流、流经所述二极管的电流之后，可通过监控流经所述绝缘栅双极型晶体管的电流、流经所述二极管的电流是否出现过流问题，从而确定所述功率子模块的工作状态。还可以结合流经所述绝缘栅双极型晶体管的电流、流经所述二极管的电流、所述绝缘栅双极型晶体管的实时结温以及所述二极管的实时结温四个影响svg功率子模块安全稳定运行的因素综合判断svg功率子模块当前的工作状态。
74.可选的，在上述实施例中，所述根据流经所述绝缘栅双极型晶体管的电流、流经所述二极管的电流、所述绝缘栅双极型晶体管的实时结温以及所述二极管的实时结温，确定所述功率子模块的工作状态包括：获取所述功率子模块中的直流电容的电压值；根据所述直流电容的电压值、流经所述绝缘栅双极型晶体管的电流、流经所述二极管的电流、所述绝缘栅双极型晶体管以及所述二极管的实时结温，确定所述功率子模块的工作状态。
75.本实施例，所述功率子模块中的直流电容的电压值可以通过测量得到。由于功率子模块工作安全状态与所述直流电容的电压值、流经所述绝缘栅双极型晶体管的电流、流经所述二极管的电流、所述绝缘栅双极型晶体管以及所述二极管的实时结温都有一定关系，因此只考虑一种或者几种因素对功率子模块工作状态进行判断是不完全准确的。本实施例提出一种综合考虑上述各影响因素对功率子模块工作状态进行判断的方法。
76.具体的，所述根据所述直流电容的电压值、流经所述绝缘栅双极型晶体管的电流、流经所述二极管的电流、所述绝缘栅双极型晶体管的实时结温以及所述二极管的实时结温，确定所述功率子模块的工作状态可以包括：按照以下工作状态评估公式计算所述功率子模块的工作状态评估值：式中，表示功率子模块的工作状态评估值，表示所述直流电容的电压值，表示所述直流电容的额定电压值，表示流经所述绝缘栅双极型晶体管的电流，表示所述绝缘栅双极型晶体管的额定电流，表示流经所述二极管的电流，表示所述二极管的额定电流，表示所述绝缘栅双极型晶体管的实时结温，
表示所述绝缘栅双极型晶体管的额定结温，表示所述二极管的实时结温，表示所述二极管的额定结温；若所述功率子模块的工作状态评估值大于安全裕度值，则确定所述功率子模块处于危险运行状态。
77.本实施例，将影响svg功率子模块安全稳定运行的上述五个因素的实时值与正常运行下的额定值相比较，可以计算出每个影响因素的偏移度，将各影响因素的偏移度相加，得到所述功率子模块的工作状态评估值，根据该评估值的大小来评估svg功率子模块的运行状态。
78.当评估值等于0时，意味着所有影响因素的实时值基本等同于额定运行值，装置处于额定运行的状态。当评估值大于0时，则意味着至少有一个因素的实时值高于或者低于额定运行值，因此我们可以设定当评估值《时，svg功率子模块安全裕量较大，可以持续运行；当《评估值《时，svg功率子模块处于极限输出状态；当《评估值《时，svg功率子模块处于安全临界状态；当评估值》时，svg功率子模块处于危险运行状态，需要及时采取降额运行策略。其中，、、可以是预先设定的用于评估svg功率子模块运行状态的三个参考量，且《《，为所述安全裕度值。
79.进一步的，为更好的根据所述功率子模块的工作状态评估值确定所述功率子模块处于危险运行状态，所述功率子模块的工作状态评估公式可以为：式中，分别表示所述直流电容的电压值、流经所述绝缘栅双极型晶体管的电流、流经所述二极管的电流、所述绝缘栅双极型晶体管的实时结温以及所述二极管的实时结温的惩罚值，每个惩罚值与相关器件的设计安全裕度有关，一般在1～2之间。
80.本实施例，在将影响svg功率子模块安全稳定运行的上述五个因素的实时值与正常运行下的额定值相比较、计算出每个影响因素的偏移度，并将各影响因素的偏移度相加之后，还对相加后的偏移度进行了加权计算。同时设定了各个影响因素的惩罚值。
81.这样，在用评估值的大小来评估svg功率子模块的运行状态时，当时，意味着所有影响因素实时值基本等同与额定运行值，装置处于额定运行的状态；当时，意味着所有影响因素的实时值相比于额定运行值高一倍，根据保护动作，装置应该早已退出运行。不同装置的目标函数值不同，因此我们设定当《时，svg安全裕量较大，可以
持续运行；当时，svg处于极限输出状态；当时，svg处于安全临界状态；当时，svg处于危险运行状态，需要及时采取降额运行策略，其中（比如）。
82.另外，如果某个影响因素或者几个影响因素的实时值与额定值的比值已经超过了规定的惩罚值，那么加权值失去意义，自动等于1，说明装置已经处于危险运行状态，需要降额运行。
83.图14是本发明一实施例提供的静止无功发生器功率子模块的工作状态确定装置的结构示意图，如图14所示，本发明实施例提供的静止无功发生器功率子模块的工作状态确定装置包括：第一确定模块21，用于根据静止无功发生器的调制策略以及所述静止无功发生器功率子模块中的每个功率器件的工作特性，确定所述功率子模块中的每个功率器件在工频周期内的平均损耗功率；第二确定模块22，用于根据所述功率子模块中的每个功率器件在工频周期内的平均损耗功率，确定所述功率子模块中的每个所述功率器件的实时结温；第三确定模块23，用于根据所述功率子模块中的每个所述功率器件的实时结温，确定所述功率子模块的工作状态。
84.本发明实施例提供的静止无功发生器功率子模块的工作状态确定方法，依托svg的调制策略确定其功率子模块的实时结温，并依据实时结温这一影响svg功率子模块安全稳定运行的重要因素对svg功率子模块的工作状态进行评估，为svg及时调整自身的工作模式提供理论数据支撑。
85.如图15所示，可选的，所述第一确定模块21包括：第一确定子模块211，用于根据静止无功发生器功率子模块中的绝缘栅双极型晶体管的工作特性，确定所述绝缘栅双极型晶体管的瞬时损耗功率；根据所述绝缘栅双极型晶体管的瞬时损耗功率以及所述静止无功发生器的调制策略，确定所述绝缘栅双极型晶体管在工频周期内的平均损耗功率；第二确定子模块212，用于根据静止无功发生器功率子模块中的二极管的工作特性，确定所述二极管的瞬时损耗功率；根据所述二极管的瞬时损耗功率以及所述静止无功发生器的调制策略，确定所述二极管在工频周期内的平均损耗功率。
86.可选的，所述第一确定子模块根据静止无功发生器功率子模块中的绝缘栅双极型晶体管的工作特性，确定所述绝缘栅双极型晶体管的瞬时损耗功率包括：根据所述绝缘栅双极型晶体管的输出特性曲线，确定所述绝缘栅双极型晶体管的通态损耗功率；根据所述绝缘栅双极型晶体管的开关损耗曲线，确定所述绝缘栅双极型晶体管的开关损耗功率；根据所述绝缘栅双极型晶体管的通态损耗功率以及开关损耗功率，确定所述绝缘栅双极型晶体管的瞬时损耗功率；所述第二确定子模块根据静止无功发生器功率子模块中的二极管的工作特性，确定所述二极管的瞬时损耗功率包括：根据所述二极管的正向偏差特性曲线，确定所述二极管的通态损耗功率；根据所
述二极管的反向恢复损耗曲线，确定所述二极管的反向恢复损耗功率；根据所述二极管的通态损耗功率以及反向恢复损耗功率，确定所述二极管的瞬时损耗功率。
87.可选的，所述第一确定子模块根据所述绝缘栅双极型晶体管的瞬时损耗功率以及所述静止无功发生器的调制策略，确定所述绝缘栅双极型晶体管在工频周期内的平均损耗功率包括：根据所述静止无功发生器的调制策略，确定所述绝缘栅双极型晶体管在任一开关周期内的导通时间；根据所述绝缘栅双极型晶体管在任一开关周期内的导通时间以及所述绝缘栅双极型晶体管的瞬时损耗功率，确定所述绝缘栅双极型晶体管在工频周期内的平均损耗功率；所述第二确定子模块根据所述二极管的瞬时损耗功率以及所述静止无功发生器的调制策略，确定所述二极管在工频周期内的平均损耗功率包括：根据所述静止无功发生器的调制策略，确定所述二极管在任一开关周期内的导通时间；根据所述二极管在任一开关周期内的导通时间以及所述二极管的瞬时损耗功率，确定所述二极管在工频周期内的平均损耗功率。
88.可选的，所述第二确定模块具体用于：根据所述绝缘栅双极型晶体管在工频周期内的平均损耗功率、以及所述二极管在工频周期内的平均损耗功率，构建所述功率子模块的热阻抗模型；根据所述功率子模块的热阻抗模型，确定所述绝缘栅双极型晶体管的实时结温以及所述二极管的实时结温。
89.可选的，所述第三确定模块具体用于：根据所述静止无功发生器的调制策略，确定流经所述绝缘栅双极型晶体管的电流以及流经所述二极管的电流；根据流经所述绝缘栅双极型晶体管的电流、流经所述二极管的电流、所述绝缘栅双极型晶体管的实时结温以及所述二极管的实时结温，确定所述功率子模块的工作状态。
90.可选的，所述第三确定模块根据流经所述绝缘栅双极型晶体管的电流、流经所述二极管的电流、所述绝缘栅双极型晶体管的实时结温以及所述二极管的实时结温，确定所述功率子模块的工作状态包括：获取所述功率子模块中的直流电容的电压值；根据所述直流电容的电压值、流经所述绝缘栅双极型晶体管的电流、流经所述二极管的电流、所述绝缘栅双极型晶体管以及所述二极管的实时结温，确定所述功率子模块的工作状态。
91.可选的，所述第三确定模块根据所述直流电容的电压值、流经所述绝缘栅双极型晶体管的电流、流经所述二极管的电流、所述绝缘栅双极型晶体管的实时结温以及所述二极管的实时结温，确定所述功率子模块的工作状态包括：按照以下工作状态评估公式计算所述功率子模块的工作状态评估值：
式中，表示功率子模块的工作状态评估值，表示所述直流电容的电压值，表示所述直流电容的额定电压值，表示流经所述绝缘栅双极型晶体管的电流，表示所述绝缘栅双极型晶体管的额定电流，表示流经所述二极管的电流，表示所述二极管的额定电流，表示所述绝缘栅双极型晶体管的实时结温，表示所述绝缘栅双极型晶体管的额定结温，表示所述二极管的实时结温，表示所述二极管的额定结温；若所述功率子模块的工作状态评估值大于安全裕度值，则确定所述功率子模块处于危险运行状态。
92.本发明提供的装置的实施例具体可以用于执行上述各方法实施例的处理流程，其功能在此不再赘述，可以参照上述方法实施例的详细描述。
93.图16为本发明一实施例提供的电子设备的实体结构示意图，如图16所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)301、通信接口(communications interface)302、存储器(memory)303和通信总线304，其中，处理器301，通信接口302，存储器303通过通信总线304完成相互间的通信。处理器301可以调用存储器303中的逻辑指令，以执行上述任一实施例所述的方法。
94.此外，上述的存储器303中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器（rom，read-only memory）、随机存取存储器（ram，random access memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
95.本实施例公开一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的方法。
96.本实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，所述计算机程序使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的方法。
97.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
98.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程
图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
99.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
100.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
101.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
102.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。