【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种开关损耗的确定方法，具体涉及一种基于MMC隔离型DC/DC变换器开关损耗的确定方法。
技术介绍
传统能源的短缺和环境的日益恶化，极大推动了绿色可再生能源等清洁能源的开发与利用。但受限于局部电力系统的消纳能力，大部分可再生能源未得到有效利用，甚至出现“弃风”、“弃光”现象，急需开展风、光电力大规模、高效率、安全外送研究。基于常规直流及柔性直流的直流电网技术是解决这一现状的有效技术手段之一。而阻碍直流电网形成的主要因素之一是高压大容量DC/DC变换器的缺失，使得各个电压等级不同的直流输电线路不能直接相连而形成大规模的直流输电系统。目前，DC/DC变换器技术的研究主要集中在中小功率中低压电压等级，随着直流线路的不断建设以及直流电网需求的日益迫切，高压大容量DC/DC变换器技术亟待解决。基于模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter，MMC)的隔离型高压大容量DC/DC变换器由于其诸多优点成为了研究热点，该拓扑由两个MM...
【技术保护点】
一种基于MMC隔离型DC/DC变换器开关损耗的确定方法，所述隔离型DC/DC变换器包括隔离变压器及其两端连接的MMC；两个MMC均接入直流系统中；模块化多电平换流器MMC由三相构成，每相由串联的结构相同的上、下两桥臂构成；上、下两桥臂的中点处连接模块化多电平换流器的交流端；所述上、下两桥臂中每个桥臂包括1个电抗器和N个结构相同的子模块；每个桥臂的子模块级联后一端通过电抗器与模块化多电平换流器的交流端连接；每个桥臂的子模块级联后另一端与另两相桥臂的级联的子模块一端连接，形成模块化多电平电压源型换流器直流端的正负极母线；所述子模块由半桥与其并联的电容器支路构成，所述半桥由上桥臂...
【技术特征摘要】
1.一种基于MMC隔离型DC/DC变换器开关损耗的确定方法，所述隔离型DC/DC变换
器包括隔离变压器及其两端连接的MMC；两个MMC均接入直流系统中；模块化多电平换流
器MMC由三相构成，每相由串联的结构相同的上、下两桥臂构成；上、下两桥臂的中点处
连接模块化多电平换流器的交流端；
所述上、下两桥臂中每个桥臂包括1个电抗器和N个结构相同的子模块；每个桥臂的子
模块级联后一端通过电抗器与模块化多电平换流器的交流端连接；每个桥臂的子模块级联后
另一端与另两相桥臂的级联的子模块一端连接，形成模块化多电平电压源型换流器直流端的
正负极母线；所述子模块由半桥与其并联的电容器支路构成，所述半桥由上桥臂和下桥臂构
成，所述上桥臂和下桥臂均由绝缘栅双极型晶体管IGBT以及与其并联的续流二极管FWD组
成；
其特征在于，所述方法包括下述步骤：
步骤1：对MMC中子模块功率器件的开关损耗特性曲线进行参数拟合；
步骤2：利用插值法计算工作结温下子模块功率器件的开关损耗能量；
步骤3：确定单个功率器件的平均开关损耗；
步骤4：确定MMC-DC/AC/DC变换器交流周期内开关损耗类型的分布；
步骤5：确定输入端MMC换流器单相上、下桥臂的平均开关损耗；
步骤6：确定MMC-DC/AC/DC变换器所有功率器件的开关损耗。
2.如权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述步骤1中，针对子模块中的功率器
件开关损耗特性曲线，采用如下式(1)的二次多项式来拟合并提取开关损耗特性参数，求取
在给定通态电流下一次开关动作的能量损耗：
其中：Esw_k表示结温为k℃下IGBT的开通、关断或二极管的反向恢复损耗(Eon，Eoff或
Erec)；idev表示流过功率器件的电流，对于IGBT为集电极电流iC，对于二极管为正向电流iF；
asw_k、bsw_k、csw_k分别是通过25℃和125℃能耗曲线拟合确定的参数，对IGBT开通损耗曲
线进行拟合得到aon_k、bon_k、con_k，对IGBT关断损耗曲线进行拟合得到aoff_k、boff_k、coff_k，
对二极管反向恢复损耗曲线进行拟合得到arec_k、brec_k、crec_k。
3.如权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述步骤2中，根据25℃和125℃子模
块中功率器件的能耗曲线拟合结果，利用插值法计算工作结温Tj℃下子模块中功率器件的开
关损耗能量，如下式(2)所示；将式(1)带入式(2)进行化简，得到式(3)-(6)：
E swTj = ( E sw _ 125 - E sw _ 25 ) · T j - 25 100 + E sw _ 25 - - - ( 2 ) ; ]]> E swTj = a swTj + b swTj · i dev + c swTj · i dev 2 - - - ( 3 ) ; ]]> a swTj = ( a sw _ 125 - a sw _ 25 ) · T j - 25 100 + a sw _ 25 - - - ( 4 ) ; ]]> b swTj = ( b sw _ 125 - b sw _ 25 ) · T j - 25 100 + b sw _ 25 - - - ( 5 ) ; ]]> c swTj = ( c sw _ 125 - c sw _ 25 ) · T j - 25 100 + c sw _ 25 - - - ( 6 ) ; ]]>其中：EswTj表示结温为Tj℃下子模块中功率器件的开关损耗能量；aswTj、bswTj、cswTj、分
别为结温为Tj℃下子模块中功率器件的开关损耗表达式中的参数；Esw_125表示结温为125℃下
IGBT的开通、关断或二极管的反向恢复损耗；Esw_25表示结温为25℃下IGBT的开通、关断
或二极管的反向恢复损耗；asw_125、bsw_125、csw_125表示通过125℃能耗曲线拟合确定的参数，
对IGBT开通损耗曲线进行拟合得到aon_125、bon_125、con_125，对IGBT关断损耗曲线进行拟
合得到aoff_125、boff_125、coff_125，对二极管反向恢复损耗曲线进行拟合得到arec_125、brec_125、
crec_125；asw_25、bsw_25、csw_25表示通过25℃能耗曲线拟合确定的参数，对IGBT开通损耗曲
线进行拟合得到aon_25、bon_25、con_25，，对IGBT关断损耗曲线进行拟合得到aoff_25、boff_25、
coff_25，对二极管反向恢复损耗曲线进行拟合得到arec_25、brec_25、crec_25。
4.如权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述步骤3中，根据子模块中功率器件
的开通和关断的次数将相应的开关损耗能量进行累加，对其进行时间平均，即可获得各部分
的平均开关损耗；子模块中IGBTT1的开通损耗PT1on和关断损耗PT1off以及二极管D1的反向
阻断损耗PD1rec的计算公式如下：
P T 1 on = 1 T s · Σ u = 1 w ( u dc v ceref E onTju ) - - - ( 7 ) ; ]]> P T 1 off = 1 T s · Σ u = 1 w ( u dc v ceref E offTju ) - - - ( 8 ) ; ]]> P D 1 rec = 1 T s · Σ u = 1 w ( u dc v ceref E recTju ) - - - ( 9 ) ; ]]>其中：udc为子模块电容电压；vceref为厂家提供的用以计算开关损耗的参考电压基准值；
EonTju为IGBTT1在工作结温Tj℃下第u次开通产生的损耗能量；EoffTju为IGBTT1在工作
结温Tj℃下第u次关断产生的损耗能量；ErecTju为D1在工作结温Tj℃下第u次反向阻断产
\t生的损耗能量；Ts为MMC-DC/AC/DC变换器交流侧工作周期；w为Ts周期时间内开关的次
数。
5.如权利要求1所述的确定方法，其特征在于，所述步骤4包括下述步骤：
步骤4.1：确定单个半桥子模块产生不同开关损耗类型的条件：
对于半桥子模块结构，桥臂电流方向以及子模块的投切转换顺序均影响开关损耗类型；
当桥...
【专利技术属性】
技术研发人员：王新颖，汤广福，贺之渊，魏晓光，张升，周万迪，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网智能电网研究院，中电普瑞电力工程有限公司，国网浙江省电力公司，华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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