基于录波数据柔性直流换流阀损耗计算方法、装置及设备制造方法及图纸

本申请涉及一种基于录波数据柔性直流换流阀损耗计算方法、装置及设备，该方法包括获取柔性直流换流阀的器件参数和录波数据；根据每个子模块中第k+1采样点的相对于第k个采样点的电容工作状态确定电容投切状态，根据电容投切状态和与第k个采样点对应桥臂电流的正、负确定该子模块中器件的工作状态；在录波总步长内，根据每个子模块中器件的工作状态和录波数据计算，获得与该子模块中每个IGBT对应的IGBT总损耗和与每个二极管对应的二极管总损耗；根据每个子模块的IGBT数量、二极管数量以及对应的IGBT总损耗和二极管总损耗计算，得到子模块的模块总损耗；根据子模块数量和模块总损耗计算，得到柔性直流换流阀的换流阀总损耗。耗。耗。

【技术实现步骤摘要】
基于录波数据柔性直流换流阀损耗计算方法、装置及设备


[0001]本申请涉及柔性直流输电
，尤其涉及一种基于录波数据柔性直流换流阀损耗计算方法、装置及设备。

技术介绍

[0002]基于模块化多电平变换器(Modular Multilevel Converter,MMC)的柔性直流换流阀通常采用最近电平控制(Nearest Level Control,NLC)。最近电平控制的特点在于级联的各子模块开关频率基本一致但并非同开同关，而是与桥臂中各子模块的电压排序紧密关联，这导致以平均开关频率得到的换流阀工作模型无法逼近真实工况，也无法用平均开关模型准确表达柔性直流换流阀各子模块实际开关时序，造成柔性直流换流阀在工程现场损耗分析困难，不利于换流阀损耗特性与经济性评估。
[0003]目前的柔直工程中均已经具备换流阀运行工况的录波能力，录波的数据包括桥臂电压电流、桥臂故障信号、子模块电压电流、子模块逻辑信号、子模块故障信号等，录波数据均以IEEE标准中的电力系统暂态数据交换(Common Format for Transient Data Exchange,COMTRADE)通用格式进行存储和转移。其中通过录波得到的各桥臂电流、子模块电压、子模块器件开关序列等离散采样结果为分析换流阀损耗提供了最可靠的数据基础，因此换流阀工程现场损耗计算的一个可行方案是解析换流阀的录波数据并以此开展分析。但目前录波数据分析仍然较为困难、计算过程庞杂，阻碍了损耗计算方法的进一步发展。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供了一种基于录波数据柔性直流换流阀损耗计算方法、装置及设备，应用于柔性直流输电的电网黑启动系统上，用于解决现有柔性直流换流阀在柔直工程的损耗的计算过程庞杂，导致计算效率低的技术问题。
[0005]为了实现上述目的，本申请实施例提供如下技术方案：
[0006]一种基于录波数据柔性直流换流阀损耗计算方法，包括以下步骤：
[0007]获取柔性直流换流阀的器件参数和录波数据，所述器件参数包括换流阀的子模块数量以及每个子模块的IGBT数量和二极管数量，所述录波数据包括录波总时长、录波总步长、录波采样步长、采样点数量、开通频次、关断频次、与每次开通对应的开通电流、与每次关断对应的关断电流以及与每个所述采样点对应的桥臂电流、导通压降、导通电流和电容工作状态；
[0008]根据每个所述子模块中第k+1采样点的电容工作状态相对于第k个采样点的电容工作状态确定电容投切状态，根据所述电容投切状态和与第k个采样点对应桥臂电流的正、负确定该子模块中IGBT和二极管的工作状态；
[0009]在所述录波总步长内，根据每个所述子模块的IGBT的工作状态、二极管的工作状态和所述录波数据计算，获得与该子模块中每个IGBT对应的IGBT总损耗和与该子模块中每个二极管对应的二极管总损耗；
[0010]根据每个所述子模块的IGBT数量、二极管数量以及对应的IGBT总损耗和二极管总损耗计算，得到与该子模块对应的模块总损耗；
[0011]根据所述子模块数量和与每个所述子模块对应的所述模块总损耗计算，得到柔性直流换流阀的换流阀总损耗；
[0012]其中，k为大于2的自然数。
[0013]优选地，在所述录波总步长内，根据每个所述子模块的IGBT的工作状态、二极管的工作状态和所述录波数据计算，获得与该子模块中每个IGBT对应的IGBT总损耗和与该子模块中每个二极管对应的二极管总损耗包括：
[0014]根据每个所述子模块中IGBT的工作状态、二极管的工作状态确定导通器件和开关器件，所述开关器件包括开通器件和关断器件；
[0015]根据所述采样点数量、所述录波采样步长以及与每个采样点的对应所述导通器件的导通压降和导通电流计算，得到所述导通器件的总导通损耗；
[0016]根据所述开关器件、所述开通频次、所述关断频次以及与每次开通对应的开通电流和与每次关断对应的关断电流计算得到所述开关器件的总开关损耗；
[0017]根据所述录波总时长、所述导通器件的总导通损耗和所述开关器件的总开关损耗并基于子模块热阻模型进行迭代计算得到器件功率总损耗；
[0018]从所述器件功率总损耗提取与每个IGBT对应的IGBT总损耗和与每个二极管对应的二极管总损耗。
[0019]优选地，根据所述采样点数量以及与每个采样点的对应所述导通器件的导通压降和导通电流计算，得到所述导通器件的总导通损耗包括：
[0020]根据每个所述采样点获得与该采样点对应所述导通器件的导通压降和导通电流，根据所述导通压降、所述导通电流和所述录波采样步长计算获得与该采样点对应的采样导通损耗；
[0021]根据所述采样点数量对每个采样点的采样导通损耗采用导通损耗计算公式进行计算，得到所述导通器件的总导通损耗；
[0022]所述导通损耗计算公式为：
[0023][0024]式中，V
cond
[k]为与第k个采样点对应导通器件的导通压降，τ为录波采样步长，I[k]为与第k个采样点对应导通器件的导通电流，N为在录波总步长内的采样点数量，E
cond_loss
为导通器件的总导通损耗。
[0025]优选地，根据所述开关器件、所述开通频次、所述关断频次以及与每次开通对应的开通电流和与每次关断对应的关断电流计算得到所述开关器件的总开关损耗包括：
[0026]根据所述开关器件获取与采样点对应开通电流或关断电流作为特征电流，所述开关器件为IGBT的开通、IGBT的关断和/或二极管的反向恢复导通；
[0027]根据所述特征电流采用第一开关损耗计算公式计算，获得开通的第一开关损耗、关断的第二开关损耗和/或反向恢复导通的第三开关损耗；
[0028]根据所述开关器件的开通频次、关断频次、开通的第一开关损耗、关断的第二开关损耗和反向恢复导通的第三开关损耗采用第二开关损耗计算公式计算，得到所述开关器件
的总开关损耗；
[0029]所述第一开关损耗计算公式为：E
sw
＝β(1+α)E
sw_0
，
[0030]所述第二开关损耗计算公式为：
[0031][0032]式中，E
sw_loss
为开关器件的总开关损耗，fswoff为IGBT的关断频次；fswon为IGBT的导通和二极管的反向恢复导通的数量，E
sw_off
[j]为IGBT第j次关断的第二开关损耗，E
sw_on
[j']为IGBT第j'次开通的第一开关损耗，E
sw_rec
[j
′
]为二极管第j
′
次反向恢复导通的第三开关损耗，E
sw
为总开关损耗，β为与开关器件结温相关的总开关损耗修正因子，α为与开关器件电压相关的总开关损耗修正因子，E
sw_0
为开关器件结温为低结温且子模块电压为额定电压时的总开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于录波数据柔性直流换流阀损耗计算方法，其特征在于，包括以下步骤：获取柔性直流换流阀的器件参数和录波数据，所述器件参数包括换流阀的子模块数量以及每个子模块的IGBT数量和二极管数量，所述录波数据包括录波总时长、录波总步长、录波采样步长、采样点数量、开通频次、关断频次、与每次开通对应的开通电流、与每次关断对应的关断电流以及与每个所述采样点对应的桥臂电流、导通压降、导通电流和电容工作状态；根据每个所述子模块中第k+1采样点的电容工作状态相对于第k个采样点的电容工作状态确定电容投切状态，根据所述电容投切状态和与第k个采样点对应桥臂电流的正、负确定该子模块中IGBT和二极管的工作状态；在所述录波总步长内，根据每个所述子模块的IGBT的工作状态、二极管的工作状态和所述录波数据计算，获得与该子模块中每个IGBT对应的IGBT总损耗和与该子模块中每个二极管对应的二极管总损耗；根据每个所述子模块的IGBT数量、二极管数量以及对应的IGBT总损耗和二极管总损耗计算，得到与该子模块对应的模块总损耗；根据所述子模块数量和与每个所述子模块对应的所述模块总损耗计算，得到柔性直流换流阀的换流阀总损耗；其中，k为大于2的自然数。2.根据权利要求1所述的基于录波数据柔性直流换流阀损耗计算方法，其特征在于，在所述录波总步长内，根据每个所述子模块的IGBT的工作状态、二极管的工作状态和所述录波数据计算，获得与该子模块中每个IGBT对应的IGBT总损耗和与该子模块中每个二极管对应的二极管总损耗包括：根据每个所述子模块中IGBT的工作状态、二极管的工作状态确定导通器件和开关器件，所述开关器件包括开通器件和关断器件；根据所述采样点数量、所述录波采样步长以及与每个采样点的对应所述导通器件的导通压降和导通电流计算，得到所述导通器件的总导通损耗；根据所述开关器件、所述开通频次、所述关断频次以及与每次开通对应的开通电流和与每次关断对应的关断电流计算得到所述开关器件的总开关损耗；根据所述录波总时长、所述导通器件的总导通损耗和所述开关器件的总开关损耗并基于子模块热阻模型进行迭代计算得到器件功率总损耗；从所述器件功率总损耗提取与每个IGBT对应的IGBT总损耗和与每个二极管对应的二极管总损耗。3.根据权利要求2所述的基于录波数据柔性直流换流阀损耗计算方法，其特征在于，根据所述采样点数量以及与每个采样点的对应所述导通器件的导通压降和导通电流计算，得到所述导通器件的总导通损耗包括：根据每个所述采样点获得与该采样点对应所述导通器件的导通压降和导通电流，根据所述导通压降、所述导通电流和所述录波采样步长计算获得与该采样点对应的采样导通损耗；根据所述采样点数量对每个采样点的采样导通损耗采用导通损耗计算公式进行计算，得到所述导通器件的总导通损耗；
所述导通损耗计算公式为：式中，V
cond
[k]为与第k个采样点对应导通器件的导通压降，τ为录波采样步长，I[k]为与第k个采样点对应导通器件的导通电流，N为在录波总步长内的采样点数量，E
cond_loss
为导通器件的总导通损耗。4.根据权利要求2所述的基于录波数据柔性直流换流阀损耗计算方法，其特征在于，根据所述开关器件、所述开通频次、所述关断频次以及与每次开通对应的开通电流和与每次关断对应的关断电流计算得到所述开关器件的总开关损耗包括：根据所述开关器件获取与采样点对应开通电流或关断电流作为特征电流，所述开关器件为IGBT的开通、IGBT的关断和/或二极管的反向恢复导通；根据所述特征电流采用第一开关损耗计算公式计算，获得开通的第一开关损耗、关断的第二开关损耗和/或反向恢复导通的第三开关损耗；根据所述开关器件的开通频次、关断频次、开通的第一开关损耗、关断的第二开关损耗和反向恢复导通的第三开关损耗采用第二开关损耗计算公式计算，得到所述开关器件的总开关损耗；所述第一开关损耗计算公式为：E
sw
＝β(1+α)E
sw_0
，所述第二开关损耗计算公式为：式中，E
sw_loss
为开关器件的总开关损耗，fswoff为IGBT的关断频次；fswon为IGBT的导通和二极管的反向恢复导通的数量，E
sw_off
[j]为IGBT第j次关断的第二开关损耗，E
sw_on
[j
′
]为IGBT第j
′
次开通的第一开关损耗，E
sw_rec
[j
′
]为二极管第j'次反向恢复导通的第三开关损耗，E
sw
为总开关损耗，β为与开关器件结温相关的总开关损耗修正因子，α为与开关器件电压相关的总开关损耗修正因子，E
sw_0
为开关器件结温为低结温且子模块电压为额定电压时的总开关损耗，A
s_0
、B
s_0
、C
s_0
均为开关器件结温为低结温且子模块电压为额定电压时的导通压降曲线拟合多项式系数，I
j
为特征电流。5.根据权利要求2所述的基于录波数据柔性直流换流阀损耗计算方法，其特征在于，根据所述录波总时长、所述导通器件的总导通损耗和所述开关器件的总开关损耗并基于子模块热阻模型进行迭代计算得到器件功率总损耗包括：根据所述录波总时长、所述导通器件的总导通损耗和所述开关器件的总开关损耗采用器件损耗功率计算公式结合所述子模块热阻模型的器件结温计算公式和迭代约束条件计算，得到器件功率总损耗；所述器件损耗功率计算公式为：P
loss
＝(E
cond_loss
+E
sw_loss
)/T
k
所述器件结温计算公式；T
vj
＝P
loss
(R
jc
+R
s
)+T
in
所述迭代约束条件为：(T
vj
[n]
‑
T
vj
[n
‑
1])/T
vj<...

【专利技术属性】
技术研发人员：周月宾，杨柳，文军，徐义良，仝博宾，周见豪，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：