一种IGCT功率模块的动作损耗的计算方法及装置与流程

本发明涉及电力电子，尤其涉及一种igct功率模块的动作损耗的计算方法及装置。

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柔直换流阀。

2、传统柔直换流阀采用绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolartransistor，igbt)功率模块级联的方式，但是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igbt，集成门极换流晶闸管(integrated gate commutatedthyristor，igct)功率模块具有更低的通态压降、更高的可靠性以及更低的制造成本。

3、但是，由于igct器件本身的特性，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还需要增设箝位电路进行能量吸收，避免igct器件在开关过程产生大的尖峰。阳极电抗器和箝位电路的引入会使得igct功率模块产生额外的损耗，需要对该部分损耗进行准确的计算，以便于评估阳极电抗器和箝位电路对柔直换流阀的效率和可靠性带来的影响。现有损耗计算方法基于理论分析和仿真计算，无法准确计算igct功率模块在实际运行过程中的损耗，特别是开关动作导致的瞬态损耗，理论分析存在一定的局限性。

技术实现思路

1、本发明提供了一种igct功率模块的动作损耗的计算方法及装置，可以提高计算igct功率模块的动作损耗的准确性。

2、根据本发明的一方面，提供了一种igct功率模块的动作损耗的计算方法，igct功率模块应用于柔直换流阀；igct功率模块包括阳极电抗器和钳位电路；钳位电路包括钳位电阻、钳位电容和钳位二极管；计算方法包括：

3、获取双脉冲信号；

4、根据双脉冲信号，控制igct功率模块进行开通和关断，并实时采集igct功率模块多个位置的电流和/或电压；电流包括负载电流；

5、根据实时采集的多个位置的电流和/或电压，计算单次开关动作的能量损耗；负载电流与单次开关动作的能量损耗构成第一坐标；

6、以预设增量改变双脉冲信号，返回执行根据双脉冲信号，控制igct功率模块进行开通和关断，并实时采集igct功率模块多个位置的电流和/或电压的步骤，直至得到预设数量的第一坐标；

7、根据预设数量的第一坐标，确定第一关系；第一关系为负载电流与单次开关动作的能量损耗的对应关系；

8、根据第一关系、柔直换流阀的桥臂电流和igct功率模块的平均开关动作频率，计算igct功率模块的实际动作损耗。

9、可选的，根据实时采集的多个位置的电流和/或电压，计算单次开关动作的能量损耗，包括：

10、根据实时采集的多个位置的电流和/或电压，计算钳位电路的能量损耗，即为单次开关动作的能量损耗；

11、其中，钳位电路的能量损耗包括钳位电阻的能量损耗、钳位电容的能量损耗和钳位二极管的能量损耗。

12、可选的，实时采集igct功率模块多个位置的电流和/或电压，包括：

13、实时采集钳位电阻两端的电压，得到钳位电阻的电压波形；

14、根据实时采集的多个位置的电流和/或电压，计算钳位电路的能量损耗，包括：

15、根据钳位电阻的电压波形和第一计算公式，计算钳位电阻的能量损耗er；

16、其中，第一计算公式为：式中，t1为双脉冲信号的起始时间，t2为双脉冲信号的终止时间，ur为实时采集的钳位电阻两端的电压，rs为钳位电阻的阻值。

17、可选的，实时采集igct功率模块多个位置的电流和/或电压，包括：

18、实时采集钳位电容的流通电流，得到钳位电容的流通电流波形；

19、根据实时采集的多个位置的电流和/或电压，计算钳位电路的能量损耗，包括：

20、根据钳位电容的流通电流波形和第二计算公式，计算钳位电容的能量损耗ec；

21、其中，第二计算公式为：式中，t1为双脉冲信号的起始时间，t2为双脉冲信号的终止时间，ic为实时采集的钳位电容的流通电流，rc为钳位电容的内阻。

22、可选的，实时采集igct功率模块多个位置的电流和/或电压，包括：

23、实时采集钳位二极管两端的电压和流通电流，得到钳位二极管的电压波形和流通电流波形；

24、根据实时采集的多个位置的电流和/或电压，计算钳位电路的能量损耗，包括：

25、根据钳位二极管的电压波形、流通电流波形和第三计算公式，计算钳位二极管的能量损耗ed；

26、其中，第三计算公式为：式中，t1为双脉冲信号的起始时间，t2为双脉冲信号的终止时间，id为实时采集的钳位二极管的流通电流，ud为实时采集的钳位二极管两端的电压。

27、可选的，根据实时采集的多个位置的电流和/或电压，计算单次开关动作的能量损耗，包括：

28、根据实时采集的多个位置的电流和/或电压，计算钳位电路的能量损耗和阳极电抗器的能量损耗，两者之和为单次开关动作的能量损耗。

29、可选的，实时采集igct功率模块多个位置的电流和/或电压，包括：

30、实时采集阳极电抗器的流通电流，得到阳极电抗器的流通电流波形；

31、根据实时采集的多个位置的电流和/或电压，计算阳极电抗器的能量损耗，包括：

32、根据阳极电抗器的流通电流波形和第四计算公式，计算阳极电抗器的能量损耗el；

33、其中，第四计算公式为：式中，t1为双脉冲信号的起始时间，t2为双脉冲信号的终止时间，il为实时采集的阳极电抗器的流通电流，rl为阳极电抗器的内阻。

34、可选的，根据预设数量的第一坐标，确定第一关系，包括：

35、对预设数量的第一坐标进行二阶拟合，得到负载电流与单次开关动作的能量损耗的表达式，即为第一关系；

36、其中，第一关系为：式中，esw为单次开关动作的能量损耗，iload为负载电流，a、b和c为拟合系数。

37、可选的，根据第一关系、柔直换流阀的桥臂电流和igct功率模块的平均开关动作频率，计算igct功率模块的实际动作损耗，包括：

38、根据第一关系，确定igct功率模块实际工作时，桥臂电流与单次开关动作的能量损耗的第二关系；第二关系为：式中，eop为igct功率模块实际工作时，单次开关动作的能量损耗，iarm_rms为桥臂电流的有效值，iasrm_avg为桥臂电流的平均值；

39、根据第二关系、第五计算公式和igct功率模块的平均开关动作频率，计算igct功率模块在实际工作时，igct功率模块在单位时间内的动作损耗e动作损耗；

40、其中，第五计算公式为：e动作损耗＝eop*r，式中，r为igct功率模块实际工作时，igct功率模块的平均开关动作频率。

41、根据本发明的另一方面，提供了一种igct功率模块的动作损耗的计算装置，与igct功率模块连接，igct功率模块应用于柔直换流阀；igct功率模块包括阳极电抗器和钳位电路；钳位电路包括钳位电阻、钳位电容和钳位二极管；计算装置包括：

42、信号获取模块，用于获取双脉冲信号；

43、控制和采集模块，用于根据双脉冲信号，控制igct功率模块进行开通和关断，并实时采集igct功率模块多个位置的电流和/或电压；电流包括负载电流；

44、单次能量损耗计算模块，用于根据实时采集的多个位置的电流和/或电压，计算单次开关动作的能量损耗；负载电流与单次开关动作的能量损耗构成第一坐标；

45、信号调节模块，用于以预设增量改变双脉冲信号，返回执行根据双脉冲信号，控制igct功率模块进行开通和关断，并实时采集igct功率模块多个位置的电流和/或电压的步骤，直至得到预设数量的第一坐标；

46、关系确定模块，用于根据预设数量的第一坐标，确定第一关系；第一关系为负载电流与单次开关动作的能量损耗的对应关系；

47、实际动作损耗计算模块，用于根据第一关系、柔直换流阀的桥臂电流和igct功率模块的平均开关动作频率，计算igct功率模块的实际动作损耗。

48、本发明的技术方案，通过双脉冲测试，并在双脉冲测试的过程中，实时采集igct功率模块多个位置的电流和/或电压，能够提供可靠数据，计算出单次开关动作具体的能量损耗；通过改变双脉冲信号，可以改变igct功率模块的负载电流，得到不同的负载电流下的单次开关动作的能量损耗，进而确定负载电流与单次开关动作的能量损耗的第一关系，然后根据柔直换流阀的桥臂电流和igct功率模块的平均开关动作频率，可以计算igct功率模块的实际动作损耗，显著提高了计算结果的准确性，非常适用于基于igct的柔直换流阀等大功率设备。

49、应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。