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申请/专利权人：中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司

摘要：本发明公开了一种模块化多电平换流阀损耗简便计算方法，在获得柔性直流输电系统主回路参数的基础上，即可进行换流阀损耗计算，无需建立系统电磁暂态仿真模型，便于在工程设计初期对换流阀损耗进行初步估算。相较于目前常用的模块化多电平换流阀损耗电磁暂态仿真计算方法，具有计算方法简便、计算过程快速、计算原理易于理解和掌握等优点。本发明忽略结温变化对损耗的影响，采用额定工作温度下的器件参数；忽略实际开关过程中的电流变化，利用开关器件等效参数、电流有效值与平均值和平均开关频率计算开关损耗，并引入了等效器件参数，根据导通时间比例计算等效器件参数，统一了IGBT和二极管器件的交替导通过程，在一定程度上保证了计算精度。

主权项：1.模块化多电平换流阀损耗简便计算方法，其特征在于包括：模块化多电平换流阀的损耗主要由IGBT和二极管的导通损耗和开关损耗两部分组成；导通损耗的计算方法为：根据系统单极传输的有功功率和极线额定电压求得直流电流IdcN： 式中：UN——极线额定电压；P——单极传输的有功功率；柔直变压器阀侧交流相电流有效值IV为： 式中：UV——柔直变压器阀侧线电压有效值；Q——柔性直流换流站单极传输的无功功率；二倍频环流被充分抑制时，桥臂电流iarm表达式为： ω——电源角频率；IV——柔直变压器阀侧交流相电流有效值；则桥臂电流有效值Iarm_rms为： 桥臂电流平均值Iarm_avr计算式为： 将式3代入式5可得： 其中： 经过对半桥拓扑子模块的导通过程分析，可知整流工况下二极管和IGBT导通时间比例约为4:1，则有： 式中：V0D、V0T——二极管和IGBT的阈值电压；R0D、R0T——二极管和IGBT的斜率电阻；V0rec、R0rec——整流站开关器件等效阈值电压和斜率电阻；整流工况下子模块导通损耗PconSM_rec表示为： 逆变工况IGBT和二极管导通时间比例约为4:1，则有： 式中：V0inv、R0inv——逆变站开关器件等效阈值电压和斜率电阻；逆变工况下子模块导通损耗PconSM_inv表示为： IGBT及二极管开关损耗计算方法为：在简便计算中考虑取100Hz作为计算的开关频率，子模块开关损耗功率PSMsw计算式为：PSMsw＝fSM·Eon+Eoff+Erec12式中：fSM——子模块开关器件的开关频率；Eon——IGBT开通损耗；Eoff——IGBT关断损耗；Erec——二极管反向恢复损耗；对开关器件的开关能量关于电流进行二次多项式拟合，可得到： 式中：ion_T,ioff_T——IGBT开通时刻，关断时刻的电流；ioff_D——二极管关断时的电流；a1、b1、c1、a2、b2、c2——可由IGBT器件开关能量特性曲线拟合得到；a3、b3、c3——可由二极管器件反向恢复能量特性曲线拟合得到；用平均电流Iarm_avr替代不连续的IGBT及二极管电流，最终得到： 柔性直流换流站模块化多电平换流阀损耗：将以上两项损耗相加，可得整流站换流阀子模块损耗PSMloss_rec和逆变站换流阀子模块损耗PSMloss_inv为： 则整流站换流阀总损耗Ploss_rec和逆变站换流阀总损耗Ploss_inv为： 式中：Narm_rec——整流站桥臂子模块数；Narm_inv——逆变站桥臂子模块数。

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