[发明专利]一种基于平均值等效的IGCT-MMC损耗分析方法

说明书

本发明提出一种基于平均值等效的IGCT‑MMC损耗分析方法，包括以下步骤：步骤a、确定基于集成门极换流晶闸管(IGCT)器件的模块化多电平变换器(MMC)子模块拓扑结构；步骤b、建立平均值等效模型；步骤c、基于平均值等效模型对IGCT‑MMC运行过程中子模块IGCT器件损耗、缓冲电路损耗、取能电源损耗进行评估；步骤d、基于步骤c中对子模块的评估得到IGCT‑MMC整机损耗分析结果。本发明对基于平均值等效模型，对IGCT‑MMC运行过程中子模块IGCT器件、缓冲电路、取能电源等损耗进行了评估，并与同等级IGBT‑MMC方案损耗进行了比较。

技术领域

本发明属于模块化多电平变换器损耗评估技术领域，特别涉及一种基于平均值等效的IGCT-MMC损耗分析方法。

背景技术

可再生能源利用是未来能源领域发展的大势所趋。有预测指出，到2050年，中国可再生能源将占能源消费50％以上。高压直流电压源型换流器(High Voltage DirectCurrent Voltage Source Con-verter，HVDC-VSC)以其调节灵活、谐波低、效率高等优点，被广泛用于可再生能源并网。模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)是HVDC-VSC技术的常用拓扑之一。目前，绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)以其高耐压、高通流、高开关频率、较低的开关损耗以及尚可接受的通态损耗等优势，在MMC中得到广泛应用。

集成门极换流晶闸管(Integrated Gate-Commutated Thyristor，IGCT)是从门极可关断晶闸管(Gate Turn-off Thyristor，GTO)发展而来的大功率全控型电力电子器件，由ABB公司于1996年首先成功研制。相比于IGBT，IGCT器件具有流控器件的通流能力更强、阻断电压更高、通态压降更低等优势，且存在进一步发展潜力。MMC采用模块化设计，依靠高模块数量而非高调制频率实现低谐波电压输出，这规避了IGCT开关频率低的不足。因此，IGCT较为适合于MMC的应用场合。此外，IGCT以其高浪涌电流耐受能力，还为半桥MMC的故障穿越提供了新的可能方案。

同时，现有技术中对IGCT在柔性直流输电领域的应用进行了展望。对IGCT-MMC半桥子模块拓扑、电路特性等进行了分析，搭建仿真进行损耗分析，并搭建了对冲平台进行实验。同样通过搭建仿真的方式分析了IGCT-MMC的损耗。事实上，由于高压大容量MMC中模块数通常有数百个，子模块数量巨大，以仿真计算来模拟各子模块投切过程，进而通过器件实际电流波形计算其损耗的方法所需计算量大，特别是需要频繁优化电路参数并估算子模块损耗时，所需的计算时间长，通过仿真分析损耗较为繁琐。提出一种通过平均值等效的方式计算子模块各器件电流并分析损耗的方法，据此分析了基于IGBT的MMC器件损耗与结温，并通过实验进行了验证。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种基于平均值等效的IGCT-MMC损耗分析方法，所述方法包括以下步骤：

步骤a、确定基于集成门极换流晶闸管(IGCT)器件的模块化多电平变换器(MMC)子模块拓扑结构；

步骤b、建立平均值等效模型；

步骤c、基于所述平均值等效模型对IGCT-MMC运行过程中子模块IGCT器件损耗、缓冲电路损耗、取能电源损耗进行评估；

步骤d、基于步骤c中对所述子模块的评估得到所述IGCT-MMC整机损耗分析结果。

进一步的，步骤c中基于所述平均值等效模型对所述IGCT器件损耗评估包括以下步骤：

步骤c11、对所述IGCT器件通态损耗进行分析；

步骤c12、对所述IGCT器件开关损耗进行分析，所述开关损耗包括IGCT开通损耗、IGCT关断损耗和二极管反向恢复损耗。