[发明专利]一种MMC子模块加速寿命的试验电路及方法

说明书

本发明提供了一种MMC子模块加速寿命的试验电路及方法，该试验电路为H桥型结构，其包括：设于H桥连接处的电感、分别与桥臂的两端相连的PWM波控制单元和电容，直流电源与桥臂一侧的两端并联。本发明的试验方法充分利用了加速寿命原理，提高了试验效率，节省时间。

技术领域

本发明涉及电力电子领域，具体涉及一种MMC子模块加速寿命的试验电路及方法。

背景技术

柔性直流输电技术凭借在新能源并网、孤岛供电、非同步电网互联、多端直流输电以及城市配电网增容等领域中的独特优势，越来越广泛地被电力系统采纳和应用。

随着柔性直流输电系统电压等级及输送容量的提高，其关键设备——换流阀的可靠性就变得尤为重要。模块化多电平(MMC)方式的柔性直流输电换流阀由功率子模块组成，MMC子模块的可靠性与换流阀的可靠性密切相关。

MMC子模块加速寿命试验是研究MMC子模块可靠性的重要方法，较之长时间的寿命试验，加速寿命试验在不改变MMC子模块故障机制的前提下，提高试验应力，加速MMC子模块的故障进程，可以在短时间内获得MMC子模块的寿命信息，缩短试验时间,提高试验效率，降低试验成本，还有利于对MMC子模块进行可靠性评估。

IGBT是MMC子模块中的薄弱和关键点，IGBT寿命在很大程度上决定了MMC子模块的寿命。IGBT是触发型电力电子开关器件，其寿命又很大程度上取决于IGBT开通关断的次数。MMC子模块在长时间的运行过程中，IGBT不断的开通关断，当IGBT的开关次数超过其能力水平时，MMC子模块就会很快失效。但是现在的MMC子模块生产厂家在子模块出厂时的例行试验，常常忽略了MMC子模块的寿命试验。

因此，需要一种MMC子模块加速寿命试验方法以满足现有技术的需要。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种MMC子模块加速寿命的试验电路及方法，该试验电路为H桥结构，其包括：设于H桥连接处的电感、分别与桥臂的两端相连的PWM波控制单元和电容，直流电源与桥臂一侧的两端并联。

桥臂的两端分别设有MMC子模块；MMC子模块包括绝缘栅双极型晶体管及与绝缘栅双极型晶体管并联的二极管。

绝缘栅双极型晶体管的门极与PWM波控制单元相连；二极管的正极与绝缘栅双极型晶体管的发射极相连；二极管的负极与绝缘栅双极型晶体管的集电极相连。

PWM波控制单元包括：正弦波发生器、三角波发生器及分别接收正弦波发生器和三角波发生器信号的比较器；比较器的输出信号控制半桥臂中绝缘栅双极型晶体管的关断；输出信号取反后控制同侧另一半桥臂中绝缘栅双极型晶体管的关断。

该试验方法包括：用PWM波控制单元控制MMC子模块的关断，若设于H桥型结构中半桥臂的绝缘栅双极型晶体管开通，则设于同侧另一半桥臂的绝缘栅双极型晶体管关断。

绝缘栅双极型晶体管的损耗包括：通态损耗和开关损耗。通态损耗按下式计算：

式中，U₀为绝缘栅双极型晶体管的阈值电压和斜率电阻；I_av和I_rms分别为绝缘栅双极型晶体管的电流的平均值和有效值；R₀为与绝缘栅双极型晶体管并联的二极管的斜率电阻。

开关损耗按下式计算示：

式中，N_T为时间T_s内所述绝缘栅双极型晶体管的开通或关断的总次数、E_on,k(i_on,T)和E_off,k(i_off,T)分别为绝缘栅双极型晶体管的第k次开通时能量和第k次关断时能量。