模塊化多電平換流器損耗特性及結(jié)溫預(yù)測研究.pdf

1、柔性直流輸電工程電壓等級及輸送容量的不斷升高使得換流器的損耗問題越發(fā)受到關(guān)注。關(guān)于模塊化多電平換流器的損耗計(jì)算，現(xiàn)有研究側(cè)重關(guān)注系統(tǒng)的總損耗率，已經(jīng)在改進(jìn)控制方式、改善拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等方面做了許多降損措施的工作，結(jié)論也相對較為成熟，但對于換流器子模塊內(nèi)的器件損耗及芯片結(jié)溫關(guān)注較少，這對于開關(guān)器件及子模塊的長期安全穩(wěn)定運(yùn)行也是有待研究的另一個(gè)重要方面。因此本文重點(diǎn)關(guān)注MMC換流器子模塊內(nèi)部各個(gè)器件的損耗及結(jié)溫特性，考慮散熱系統(tǒng)的影響，從損耗和芯

2、片結(jié)溫的準(zhǔn)確計(jì)算的角度分析了MMC系統(tǒng)正常運(yùn)行和故障情況下的損耗和器件結(jié)溫特性。
　　首先介紹了半橋子模塊MMC的運(yùn)行原理，以及不同運(yùn)行工況下MMC散熱系統(tǒng)的等效熱模型建立方法，在此基礎(chǔ)上提出了基于結(jié)溫反饋的電熱聯(lián)合計(jì)算方法，并通過算例驗(yàn)證了結(jié)溫反饋對于大容量換流器損耗準(zhǔn)確計(jì)算的必要性。該方法將電氣仿真的電氣輸出量，與熱場仿真提取的等效熱路模型通過損耗與結(jié)溫的迭代計(jì)算而聯(lián)合到一起，便捷有效。
　　其次考慮功率模塊內(nèi)芯片間的熱

3、耦合作用，將電熱聯(lián)合計(jì)算方法分別應(yīng)用到MMC正常運(yùn)行工況和故障暫態(tài)過程，根據(jù)不同的運(yùn)行情況，通過三維熱場仿真分別提取等效熱路模型參數(shù)。正常運(yùn)行工況下仿真研究了芯片間熱耦合對MMC損耗及器件結(jié)溫特性的影響規(guī)律，結(jié)果表明，結(jié)溫反饋對損耗影響相對較大，而芯片間熱耦合僅對器件結(jié)溫產(chǎn)生一定影響;故障暫態(tài)過程中引入了時(shí)域遞歸卷積算法以提升電熱聯(lián)合計(jì)算的效率，并仿真研究了三種典型故障下MMC的電氣暫態(tài)過程，并對IGBT及二極管的暫態(tài)結(jié)溫進(jìn)行了預(yù)測分析