子模块故障下多电平储能变换器结温优化控制方法技术

子模块故障下多电平储能变换器结温优化控制方法，步骤如下：S1、实时监测各个桥臂电流i

【技术实现步骤摘要】
子模块故障下多电平储能变换器结温优化控制方法


[0001]本专利技术属于储能变流器的
，尤其涉及子模块故障下多电平储能变换器结温优化控制方法。

技术介绍

[0002]随着常规的化石能源短缺和当前的气候环境恶化，可再生能源发电得到了学术界和工业界的广泛的关注。可再生能源发电的具有间歇性和随机性等特点，因此可再生能源并网运行会对对电网安全性和电能质量等多方面造成冲击和影响。采用储能与可再生能源并网相结合，使可再生能源的输出功率趋于平稳，降低对电网的冲击，是抑制可再生能源发电功率间歇性和随机性的重要手段。
[0003]多电平变换器采用了子模块化结构，因其具有输出特性好、结构调节灵活及可实现冗余控制等优点，是目前储能变换器中广泛应用的拓扑。
[0004]由于多电平变换器的桥臂中含有多个子模块，各个子模块都有可能发生故障。故障子模块旁路后，多电平变换器的六个桥臂之间就出现了结温不平衡。其中故障桥臂中剩余子模块的结温会增加，如果不对故障桥臂的子模块结温进行控制，将会导致子模块发热增加、故障概率增加，进而导致多电平变换器的发生更大规模的故障，最终系统运行崩溃。因此，根据降低故障桥臂子模块和健康桥臂子模块中功率器件的结温差异对多电平储能变换器的可靠运行意义重大。
[0005]针对多电平储能变换器子模块故障下的桥臂间结温差异降低问题，常规方法通过采用优化多电平储能变换器子模块的拓扑结构、控制子模块电容电压的大小或者改进调制策略的方法，使得多电平储能变换器桥臂间结温差异减小，但上述方法会使得多电平储能变换器硬件成本增加、软件实现复杂度增加等问题，还会引起变换器输出电流的电能质量变差的问题，限制了上述方法在实际中的应用。

技术实现思路

[0006]为解决
技术介绍
中的不足，为此，本专利技术提出了子模块故障下多电平储能变换器结温优化控制方法，具体方案如下：
[0007]子模块故障下多电平储能变换器结温优化控制方法，所述方法使用的多电平储能变流器模块的结构为：每个桥臂包括串联的n个拓扑结构相同的子模块SM、一个桥臂电感Ls、电阻R；
[0008]子模块SM为半桥结构，由两个二极管D1、D2，两个IGBT功率开关T1、T2以及一个直流电容C组成，所述二极管D1和二极管D2分别对应反向并联在IGBT功率开关T1、T2的开关端，所述IGBT功率开关T1、T2的受控端连接信号S
jk_i
,IGBT功率开关T1、T2的串联点处输入信号i
jk
,两个外接端通过电容C连接；
[0009]所述方法步骤如下：
[0010]S1、实时监测各个桥臂电流i
jk
(t)、各个桥臂内子模块i开关信号S
jk_i
、各个桥臂内
子模块i电容电压u
cjk_i
、各个桥臂内子模块i的散热片温度T
hjk_i
；
[0011]S2、由监测得到的桥臂电流i
jk
(t)，开关信号S
jk
，电容电压u
cjk
，根据功率器件的损耗表达式得到各个桥臂的功率损耗P
loss_jk
；其中j＝a,b,c；k＝u,l，i＝1,2,
…
,n；
[0012]S3、利用各个桥臂开关器件的损耗P
loss_jk
，各个桥臂的散热片温度T
hjk
和结温表达式，计算各个桥臂的结温T
jk
；
[0013]S4、针对多电平储能变换器桥臂间结温不平衡，将桥臂结温中的最小值设定为参考值T
ref
，通过调节各个桥臂中子模块电容电压波动V
jk_r
，实现多电平储能变换器结温优化。
[0014]具体地说，步骤S1中，各个桥臂电流i
jk
通过多电平储能变换器中桥臂电流测量系统监测，各个桥臂内子模块开关信号S
jk_i
通过多电平储能变换器中控制器得到，各个桥臂内子模块电容电压u
cjk_i
通过多电平储能变换器中子模块电容电压测量系统监测，各个桥臂内子模块的散热片温度T
hjk_i
通过多电平储能变换器中子模块温度测量系统监测。
[0015]具体地说，步骤S3具体包括以下步骤：
[0016]S31、获取各个桥臂的结温T
jk
，由于桥臂中有n个子模块，各个桥臂的结温T
jk
取桥臂内子模块结温的最大值，T
jk
表示为：
[0017]T
jk
＝Max[T
jk_1
,T
jk_2
……
T
jk_n
]ꢀꢀꢀ
(1)
[0018]公式(1)中T
jk_1
,T
jk_2
……
T
jk_n
为各个桥臂中1号～n号子模块的结温；
[0019]S32、获取各个子模块的结温T
jk_i
；由于子模块中有四个功率器件，各个子模块的结温T
jk_i
取子模块内功率器件结温的最大值，T
jk_i
表示为：
[0020]T
jk_i
＝Max[T
T1_jk_i
,T
T2_jk_i
,T
D1_jk_i
,T
D2_jk_i
]ꢀꢀꢀ
(2)
[0021]公式(2)中T
T1_jk_i
,T
T2_jk_i
,T
D1_jk_i
,T
D2_jk_i
分别为各个桥臂第i个子子模块中1号功率开关、2号功率开关、1号二极管和2号二极管的结温；
[0022]公式(2)中T
T1_jk_i
,T
T2_jk_i
,T
D1_jk_i
,T
D2_jk_i
的计算方法为：
[0023][0024]公式(3)式中P
T1_jk_i
、P
T2_jk_i
、P
D1_jk_i
、P
D2_jk_i
分别为各个桥臂第i个子模块中1号功率开关、2号功率开关、1号二极管和2号二极管的功率损耗；R
th_T
和R
th_D
分别为功率开关和二极管的热阻。
[0025]具体地说，步骤S4中所述参考值T
ref
的获取方法为：
[0026]T
ref
＝Min[T
au
,T
al
,T
bu
,T
bl
,T
cu
,T
cl
]ꢀꢀꢀ
(4)
[0027]公式(4)中T
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.子模块故障下多电平储能变换器结温优化控制方法，其特征在于，所述方法使用的多电平储能变流器模块的结构为：每个桥臂包括串联的n个拓扑结构相同的子模块SM、一个桥臂电感Ls、电阻R；子模块SM为半桥结构，由两个二极管D1、D2，两个IGBT功率开关T1、T2以及一个直流电容C组成，所述二极管D1和二极管D2分别对应反向并联在IGBT功率开关T1、T2的开关端，所述IGBT功率开关T1、T2的受控端连接信号S
jk_i
,IGBT功率开关T1、T2的串联点处输入信号i
jk
,两个外接端通过电容C连接；所述方法步骤如下：S1、实时监测各个桥臂电流i
jk
(t)、各个桥臂内子模块i开关信号S
jk_i
、各个桥臂内子模块i电容电压u
cjk_i
、各个桥臂内子模块i的散热片温度T
hjk_i
；S2、由监测得到的桥臂电流i
jk
(t)，开关信号S
jk
，电容电压u
cjk
，根据功率器件的损耗表达式得到各个桥臂的功率损耗P
loss
_
jk
；其中j＝a,b,c；k＝u,l，i＝1,2,
…
,n；S3、利用各个桥臂开关器件的损耗P
loss
_
jk
，各个桥臂的散热片温度T
hjk
和结温表达式，计算各个桥臂的结温T
jk
；S4、针对多电平储能变换器桥臂间结温不平衡，将桥臂结温中的最小值设定为参考值T
ref
，通过调节各个桥臂中子模块电容电压波动V
jk_r
，实现多电平储能变换器结温优化。2.根据权利要求1所述的子模块故障下多电平储能变换器结温优化控制方法，其特征在于，步骤S1中，各个桥臂电流i
jk
通过多电平储能变换器中桥臂电流测量系统监测，各个桥臂内子模块开关信号S
jk_i
通过多电平储能变换器中控制器得到，各个桥臂内子模块电容电压u
cjk_i
通过多电平储能变换器中子模块电容电压测量系统监测，各个桥臂内子模块的散热片温度T
hjk_i
通过多电平储能变换器中子模块温度测量系统监测。3.根据权利要求1所述的子模块故障下多电平储能变换器结温优化控制方法，其特征在于，步骤S3具体包括以下步骤：S31、获取各个桥臂的结温T
jk
，由于桥臂中有n个子模块，各个桥臂的结温T
jk
取桥臂内子模块结温的最大值，T
jk
表示为：公式(1)中T
jk
_1,T
jk
_2……
T
jk
_
n
为各个桥臂中1号～n号子模块的结温；S32、获取各个子模块的结温T...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵纪峰，刘文凤，丁石川，徐斌，鲍海波，郭小璇，雷杨，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：