[发明专利]一种确定H桥模块和级联多电平变换器安全工作区的方法

说明书

本发明公开了一种确定H桥模块的安全工作区的方法和一种确定级联型多电平变换器的系统安全工作区的方法，所述确定H桥模块的安全工作区的方法包括：获取所述H桥模块的开关器件、二极管和电容的特征参数；获取所述开关器件的安全工作边界条件；根据所述开关器件、电容和二极管的特征参数，以及所述开关器件的安全工作边界条件获取所述开关器件的模块安全工作区；获取所述二极管的模块安全工作区；根据所述开关器件的模块安全工作区和所述二极管的模块安全工作区的交集获取所述H桥模块的安全工作区。由此，可以精确地对器件特性进行描述，从而准确地确定器件在变换器中的安全工作范围。

技术领域

本发明涉及电子电力变换器技术领域，具体涉及一种确定H桥模块的安全工作区和级联型多电平变换器的系统安全工作区的方法。

背景技术

级联型多电平变换器以其模块化、可扩展和便于冗余容错设计等优势在大功率场合得到了广泛应用。在级联型多电平变换器的设计中，系统安全工作区是系统设计和器件选型的基础。根据特定型号器件可以计算单个模块的安全工作范围，在安全工作区允许的条件下，可以按照变换器的容量和电压等级选择器件电压电流、模块数和各个模块的额定工作点，得到最优的系统设计方案，使系统成本和体积尽量小。模块工作时的保护阈值根据系统安全工作区及运行区来设置，保证系统的安全和可靠性。如果计算得到的系统安全工作区比实际变换器可安全运行的最大区域范围大，则按照此系统安全工作区设计的变换器有发生故障和失效的风险，可靠性不足；如果计算得到的系统安全工作区比实际变换器可安全运行的最大区域范围小，则失去提高器件的利用率的优势，按照此系统安全工作区设计模块化多电平级联变换器会使得模块数增多，或者单个模块需要选择更大容量的器件，导致模块化多电平级联变换器成本急剧上升，体积过大，占地增加，甚至在运行过程中频繁触发保护。因此，能否准确地界定系统安全工作区尤为重要。

而传统的余量设计方法，把功率半导体器件(一般为IGBT器件)本身的安全工作区等同于系统的安全工作区，而在选择器件时根据经验将变换器工作的电压电流放大一定余量，得到所需用器件的额定电压电流。这种方法为了保证器件和装置的可靠性，往往选择过大的余量，降低了器件利用率。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，传统的余量设计法的器件利用率低。

为此，本发明实施例提供了一种确定H桥模块的安全工作区的方法，所述H桥模块包括开关器件、二极管和电容，且将所述电容两端的电压和流过所述电容的电流定义为所述H桥模块的工作点，所述方法包括：获取所述开关器件、二极管和电容的特征参数；获取所述开关器件的安全工作边界条件，所述开关器件的安全工作边界条件是所述开关器件的电流和电压与所述开关器件在预设结温时允许的最大电流、最大电压之间的关系；根据所述开关器件、电容和二极管的特征参数，以及所述开关器件的安全工作边界条件获取所述H桥模块的工作点与所述开关器件在所述预设结温时允许的最大电流、最大电压之间的关系，即所述开关器件的模块安全工作区；获取所述二极管的模块安全工作区；根据所述开关器件的模块安全工作区和所述二极管的模块安全工作区的交集获取所述H桥模块的安全工作区。

可选的，所述开关器件、二极管和电容的特征参数包括：所述电容的电流上升率，所述电容的电压上升率，所述开关器件在其响应所述H桥模块的故障而关断的过程中的电流上升率，所述电容的杂散电感，所述开关器件内部的杂散电感，所述开关器件在短路过程中的电压平均值与所述电容的电压平均值的比值，所述二极管反向恢复所允许的最大工作电流。

可选的，所述电容的电流上升率当所述H桥模块发生软短路故障时，是：

其中，i_DC是流过所述电容的电流，是所述电容的电流上升率，v_DC是所述电容两端的电压，L_σ是所述开关器件的杂散电感，L_ls是串联于所述H桥桥臂的电感，L_DC为所述电容的杂散电感；