CN106970269A - 模块化多电平换流器子模块局部杂散电感提取方法及系统 - Google Patents

模块化多电平换流器子模块局部杂散电感提取方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开模块化多电平换流器子模块局部杂散电感提取方法及系统，该方法包括：测量待测电路为导通时，各待测模块的电压，根据所述电压确定各所述待测模块的下电压过冲；测量所述待测电路为导通时，各所述待测模块的电流变化率；计算局部电感。采用本申请的局部杂散电感提取方法在无需进行有限元计算或拆解测量的情况下直接进行局部杂散电感的提取。

Description

模块化多电平换流器子模块局部杂散电感提取方法及系统
技术领域
本发明涉及柔性直流输电模领域，特别是涉及模块化模块化多电平换流器子模块局部杂散电感提取方法及系统。
背景技术
基于模块化模块化多电平换流器(Modular Multi-level Converter,MMC)的电压源型换流器高压直流输电技术，克服了传统两电平、三电平技术面临的开关损耗高、谐波含量大及不适合应用于高压大容量场合的难题，具有模块化程度高易扩容、有功无功功率独立控制、可无源供电等独特优势，成为未来智能电网构建和改革的重要解决方案。这样，对模块化模块化多电平换流器的特性测试就尤为重要了。
常规动态特性测试只通过测量整个回路的上电压过冲获得回路总体杂散电感，回路各部分杂散电感通常采用阻抗分析仪或者有限元计算获得。而阻抗分析仪等测量设备则会有明显的误差；而且通过有限元计算回路各部分的杂散电感只能计算出杂散电感的大致数量级，存在较大偏差；还可以对子模块进行拆解以此测量回路各部分杂散电感，众所周知对子模块进行拆解不但步骤繁琐而且还有可能出现其他不必要的问题，因此，现有技术存在误差大，操作繁琐的问题。
发明内容
本发明的目的是提供模块化多电平换流器子模块局部杂散电感提取方法及系统，具有操作方便、简单，测量精度高的特点。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
模块化多电平换流器子模块局部杂散电感提取方法，所述方法应用于所述模块化多电平换流器子模块，所述模块化多电平换流器子模块包括直流连接电容器、第一低感母排、第一高压IGBT模块、第二低感母排、第二高压IGBT模块、第三低感母排、高速旁路开关、驱动控制系统及取能系统，所述方法包括：
测量待测电路为导通时，各待测模块的电压；所述待测电路为所述直流连接电容器、第一低感母排、第一高压IGBT模块、第二低感母排、第二高压IGBT模块、第三低感母排、高速旁路开关、驱动控制系统及取能系统依次串联构成的回路；所述待测模块包括：所述第一高压IGBT模块构成的第一模块，所述第二低感母排、所述第一模块所构成的第二模块，所述第一低感母排、所述第一模块所构成的第三模块；
根据所述电压确定各所述待测模块的下电压过冲；
测量所述待测电路导通时，各所述待测模块的电流变化率；
根据所述下电压过冲和所述电流变化率计算所述模块化多电平换流器子模块的所述第一低感母排、所述第一高压IGBT模块、所述第二低感母排的杂散电感。
可选的，所述测量待测电路为导通时，各待测模块的电压之前，还包括：
将电压探头连接于各所述待测模块的两端；
将电流探头连接于包含各所述待测模块的电流回路上。
可选的，所述将电流探头连接于包含各所述待测模块的电流回路上之后，还包括：
将负载电容充电至额定电压值的50％，停止充电，所述负载电容进入放电状态。
可选的，所述根据所述下电压过冲和所述电流变化率计算所述模块化多电平换流器子模块的所述第一低感母排、所述第一高压IGBT模块与所述第二低感母排的杂散电感，具体包括：
根据公式L1＝ΔV1/Di1计算所述第一高压IGBT模块的电感，其中，L1为所述第一高压IGBT模块的电感，ΔV1是所述第一高压IGBT模块的下电压过冲，Di1是所述第一高压IGBT模块的电流变化率；
根据公式L2＝ΔV2/Di2计算所述第二模块的电感，其中，L2为所述第二模块的电感，ΔV2是所述第二模块的下电压过冲，Di2是所述第二模块的电流变化率；
根据公式L3＝ΔV3/Di3计算所述第三模块的电感，其中，L3为所述第三模块的电感，ΔV3是所述第三模块的下电压过冲，Di3是所述第三模块的电流变化率；
根据L4＝L2-L1计算所述第一低感母排的电感，其中，L4为所述第一低感母排的电感，L2为所述第二模块的电感，L1为所述第一高压IGBT模块的电感；
通过L5＝L3-L1计算所述第二低感母排的电感，其中，L5为所述第二低感母排的电感，L3为所述第三模块的电感，L1为所述第一高压IGBT模块的电感。
模块化多电平换流器子模块局部杂散电感提取系统，所述系统包括：
电压测量模块，用于测量待测电路为导通时，各待测模块的电压；所述待测电路为所述直流连接电容器、第一低感母排、第一高压IGBT模块、第二低感母排、第二高压IGBT模块、第三低感母排、高速旁路开关、驱动控制系统及取能系统依次串联构成的回路；所述待测模块包括：所述第一高压IGBT模块构成的第一模块，所述第二低感母排、所述第一模块所构成的第二模块，所述第一低感母排、所述第一模块所构成的第三模块；
下电压过冲计算模块，用于根据所述电压确定各所述待测模块的下电压过冲；
电流变化率测量模块，用于测量所述待测电路导通时，各所述待测模块的电流变化率；
电感计算模块，用于根据所述下电压过冲和所述电流变化率计算所述模块化多电平换流器子模块的所述第一低感母排、所述第一高压IGBT模块、所述第二低感母排的杂散电感。
可选的，所述系统还包括：
电压探头调节模块，用于将电压探头连接于各所述待测模块的两端；
电流探头调节模块，用于将电流探头连接于包含各所述待测模块的电流回路上。
可选的，所述系统还包括：
电容控制模块，用于将负载电容充电至额定电压值的50％，停止充电，所述负载电容进入放电状态。
可选的，所述电感计算模块，具体包括：
第一高压IGBT模块电感计算模块，用于根据公式L1＝ΔV1/Di1计算所述第一高压IGBT模块的电感，其中，L1为所述第一高压IGBT模块的电感，ΔV1是所述第一高压IGBT模块的下电压过冲，Di1是所述第一高压IGBT模块的电流变化率；
第二模块电感计算模块，用于根据公式L2＝ΔV2/Di2计算所述第二模块的电感，其中，L2为所述第二模块的电感，ΔV2是所述第二模块的下电压过冲，Di2是所述第二模块的电流变化率；
第三模块电感计算模块，用于根据公式L3＝ΔV3/Di3计算所述第三模块的电感，其中，L3为所述第三模块的电感，ΔV3是所述第三模块的下电压过冲，Di3是所述第三模块的电流变化率；
第一低感母排电感计算模块，用于根据L4＝L2-L1计算所述第一低感母排的电感，其中，L4为所述第一低感母排的电感，L2为所述第二模块的电感，L1为所述第一高压IGBT模块的电感；
第二低感母排电感计算模块，用于通过L5＝L3-L1计算所述第二低感母排的电感，其中，L5为所述第二低感母排的电感，L3为所述第三模块的电感，L1为所述第一高压IGBT模块的电感。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明通过测量各待测位置的下电压过冲和其对应的电流变化率，计算得到子模块的局部杂散电感，实现了直接对子模块中各部分进行电压、电流的测量，进行回路各部分杂散电感的提取，无需将子模块进行拆解测量，也无需使用有限元计算。能够更好的设计低损耗的开关，以提高模块化多电平换流器的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明局部杂散电感的提取方法流程图；
图2为本发明局部杂散电感的提取系统结构图；
图3为本发明局部杂散电感的测试装置设置；
图4为本发明局部杂散电感的下电压过冲示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供模块化多电平换流器子模块局部杂散电感提取方法及系统，能够在无需进行有限元计算或对装置无需进行拆解的情况下通过测得各待测位置的下电压过冲和其对应的电流变化率，计算得到子模块的局部杂散电感。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
基于模块化模块化多电平换流器(Modular Multi-level Converter，MMC)子模块瞬态特性试验平台主要由以下各部分构成，首先是直流连接电容器的充电回路，由三相交流电源，三相有载调压器和三相整流桥构成，用于给直流连接电容器充电，直流连接电容器两端的电压就是高压IGBT模块(IGBT)模块双脉冲测试过程中的母线电压。其次，直流连接电容器两端还并有放电回路，当开关闭合，直流连接电容器可以通过放电电阻进行放电。
试验平台的主体部分是两个高压IGBT模块和续流电抗器。针对测试需要的不同，我们可以选择第一高压IGBT模块/第二高压IGBT模块作为被测对象，剩余高压IGBT模块闭锁，其二极管充当续流作用。本发明是将第一高压IGBT模块作为被测对象，闭锁第二高压IGBT模块，针对第二高压IGBT模块两侧的杂散电感，只需变换闭锁高压IGBT模块和待测高压IGBT模块，采取相同的测试和提取方法即可。本发明所采用的是经典设置，第二高压IGBT模块并联负载电感并且闭锁，第一高压IGBT模块给予双脉冲信号，测量第一高压IGBT模块的电压波形Uce和电流波形Ic。测试完成后，闭合放电回路隔离开关，直流连接电容器存储的能量可以通过泄放电阻进行放电。同时需将续流电抗器接地保证电抗器内部残余能量释放。
图1为本发明局部杂散电感的提取方法示意图，参见图1模块化多电平换流器子模块局部杂散电感提取方法，所述方法应用于所述模块化多电平换流器子模块，所述模块化多电平换流器子模块包括直流连接电容器、第一低感母排、第一高压IGBT模块、第二低感母排、第二高压IGBT模块、第三低感母排、高速旁路开关、驱动控制系统及取能系统，所述方法包括：
步骤101：测量待测模块的电压，测量待测电路为导通时，各待测模块的电压；所述待测电路为所述直流连接电容器、第一低感母排、第一高压IGBT模块、第二低感母排、第二高压IGBT模块、第三低感母排、高速旁路开关、驱动控制系统及取能系统依次串联构成的回路；所述待测模块包括：所述第一高压IGBT模块构成的第一模块，所述第二低感母排、所述第一模块所构成的第二模块，所述第一低感母排、所述第一模块所构成的第三模块；
步骤102：确定待测模块的下电压过冲，根据所述电压确定各所述待测模块的下电压过冲；
步骤103：测量所述待测电路导通时，各所述待测模块的电流变化率；
步骤104：计算局部电感，根据所述下电压过冲和所述电流变化率计算所述模块化多电平换流器子模块的所述第一低感母排、所述第一高压IGBT模块、所述第二低感母排的杂散电感。
本发明提供的局部杂散电感的提取方法通过测量各待测位置的下电压过冲和其对应的电流变化率，计算得到子模块的局部杂散电感，实现了直接对子模块中各部分进行电压、电流的测量，进行回路各部分杂散电感的提取，无需将子模块进行拆解测量，也无需使用有限元计算。能够更好的设计低损耗的开关，以提高模块化多电平换流器的性能。
图2为本发明局部杂散电感的提取系统示意图，参见图2，系统包括：
电压测量模块201，用于测量待测电路为导通时，各待测模块的电压；所述待测电路为所述直流连接电容器、第一低感母排、第一高压IGBT模块、第二低感母排、第二高压IGBT模块、第三低感母排、高速旁路开关、驱动控制系统及取能系统依次串联构成的回路；所述待测模块包括：所述第一高压IGBT模块构成的第一模块，所述第二低感母排、所述第一模块所构成的第二模块，所述第一低感母排、所述第一模块所构成的第三模块；
下电压过冲计算模块202，用于根据所述电压确定各所述待测模块的下电压过冲；
电流变化率测量模块203，用于测量所述待测电路导通时，各所述待测模块的电流变化率；
电感计算模块204，用于根据所述下电压过冲和所述电流变化率计算所述第一低压母排、所述第一高压IGBT模块、所述第二低感母排的杂散电感。
所述电感计算模块204，具体包括：
第一高压IGBT模块电感计算模块，用于根据公式L1＝ΔV1/Di1计算所述第一高压IGBT模块的电感，其中，L1为所述第一高压IGBT模块的电感，ΔV1是所述第一高压IGBT模块的下电压过冲，Di1是所述第一高压IGBT模块的电流变化率；
第二模块电感计算模块，用于根据公式L2＝ΔV2/Di2计算所述第二模块的电感，其中，L2为所述第二模块的电感，ΔV2是所述第二模块的下电压过冲，Di2是所述第二模块的电流变化率；
第三模块电感计算模块，用于根据公式L3＝ΔV3/Di3计算所述第三模块的电感，其中，L3为所述第三模块的电感，ΔV3是所述第三模块的下电压过冲，Di3是所述第三模块的电流变化率；
第一低感母排电感计算模块，用于根据L4＝L2-L1计算所述第一低感母排的电感，其中，L4为所述第一低感母排的电感，L2为所述第二模块的电感，L1为所述第一高压IGBT模块的电感；
第二低感母排电感计算模块，用于通过L5＝L3-L1计算所述第二低感母排的电感，其中，L5为所述第二低感母排的电感，L3为所述第三模块的电感，L1为所述第一高压IGBT模块的电感。
图3为本发明局部杂散电感的测试装置设置，参见图3，本发明中除了对子模块中主要元器件进行建模，还需要对其内部的杂散电感进行提取。这里提出了基于上下电压过冲的MMC子模块整体与局部杂散电感的提取方法，并验证了其正确性。共进行四组测量，如图3所示，分别为第一模块305，第二模块306，第三模块307，所述第一低压母排309、所述第一高压IGBT模块302与所述第二低感母排310所构成的第四模块308。其中，所述待测电路为所述直流连接电容器301、第一低感母排309、第一高压IGBT模块302、第二低感母排310、第二高压IGBT模块303、第三低感母排311、电抗器304。其中，测试1、2、3为独立组，测试4为验证组，计算负电压过冲得到回路各部分的杂散电感。
通过上述前三组测量，得到Lm＝37nH，Lconn＝163nH，Ldcn＝160nH。与第四组测量进行验证。前三组测量得到的Lm+Lconn+Ldcn＝37+163+160＝360nH，第四组测量得到的数值为371nH，两者的误差在3％以内。可见各部分杂散电感提取的方法和结果能相互验证。同时，提取出的回路各部分杂散电感值总和Ldcp+Ldcn+Lm+Lconn+Lm约为560nH，可以反推出电容组内部引线杂散电感Lc约为90nH，该数值也同阻抗分析仪测量数值相近。
Lconn为第二模块杂散电感；
Lm为第一模块杂散电感；
Ldcn为电容负极接线杂散电感，Ldcp为电容正极接线杂散电感；
Lc为电容组内部引线杂散电感。
图4为本发明局部杂散电感的下电压过冲示意图，参见图4所示，下电压过冲401实际为下电压峰值401和电压稳定值403的差值。电流变化率404为电流和时间的比值。
本发明提供的局部杂散电感的提取系统系统通过测量各待测位置的下电压过冲和其对应的电流变化率，计算得到子模块的局部杂散电感，实现了直接对子模块中各部分进行电压、电流的测量，进行回路各部分杂散电感的提取，无需将子模块进行拆解测量，也无需使用有限元计算。能够更好的设计低损耗的开关，以提高模块化多电平换流器的性能。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.模块化多电平换流器子模块局部杂散电感提取方法，其特征在于，所述方法应用于所述模块化多电平换流器子模块，所述模块化多电平换流器子模块包括直流连接电容器、第一低感母排、第一高压IGBT模块、第二低感母排、第二高压IGBT模块、第三低感母排、高速旁路开关、驱动控制系统及取能系统，所述方法包括：
测量待测电路为导通时，各待测模块的电压；所述待测电路为所述直流连接电容器、第一低感母排、第一高压IGBT模块、第二低感母排、第二高压IGBT模块、第三低感母排、高速旁路开关、驱动控制系统及取能系统依次串联构成的回路；所述待测模块包括：所述第一高压IGBT模块构成的第一模块，所述第二低感母排、所述第一模块所构成的第二模块，所述第一低感母排、所述第一模块所构成的第三模块；
根据所述电压确定各所述待测模块的下电压过冲；
测量所述待测电路导通时，各所述待测模块的电流变化率；
根据所述下电压过冲和所述电流变化率计算所述模块化多电平换流器子模块的所述第一低感母排、所述第一高压IGBT模块、所述第二低感母排的杂散电感。
2.根据权利要求1所述的局部杂散电感提取方法，其特征在于，所述测量待测电路为导通时，各待测模块的电压之前，还包括：
将电压探头连接于各所述待测模块的两端；
将电流探头连接于包含各所述待测模块的电流回路上。
3.根据权利要求2所述的局部杂散电感提取方法，其特征在于，所述将电流探头连接于包含各所述待测模块的电流回路上之后，还包括：
将负载电容充电至额定电压值的50％，停止充电，所述负载电容进入放电状态。
4.根据权利要求1所述的局部杂散电感提取方法，其特征在于，所述根据所述下电压过冲和所述电流变化率计算所述模块化多电平换流器子模块的所述第一低感母排、所述第一高压IGBT模块与所述第二低感母排的杂散电感，具体包括：
根据公式L1＝ΔV1/Di1计算所述第一高压IGBT模块的电感，其中，L1为所述第一高压IGBT模块的电感，ΔV1是所述第一高压IGBT模块的下电压过冲，Di1是所述第一高压IGBT模块的电流变化率；
根据公式L2＝ΔV2/Di2计算所述第二模块的电感，其中，L2为所述第二模块的电感，ΔV2是所述第二模块的下电压过冲，Di2是所述第二模块的电流变化率；
根据公式L3＝ΔV3/Di3计算所述第三模块的电感，其中，L3为所述第三模块的电感，ΔV3是所述第三模块的下电压过冲，Di3是所述第三模块的电流变化率；
根据L4＝L2-L1计算所述第一低感母排的电感，其中，L4为所述第一低感母排的电感，L2为所述第二模块的电感，L1为所述第一高压IGBT模块的电感；
通过L5＝L3-L1计算所述第二低感母排的电感，其中，L5为所述第二低感母排的电感，L3为所述第三模块的电感，L1为所述第一高压IGBT模块的电感。
5.模块化多电平换流器子模块局部杂散电感提取系统，其特征在于，所述系统包括：
电压测量模块，用于测量待测电路为导通时，各待测模块的电压；所述待测电路为所述直流连接电容器、第一低感母排、第一高压IGBT模块、第二低感母排、第二高压IGBT模块、第三低感母排、高速旁路开关、驱动控制系统及取能系统依次串联构成的回路；所述待测模块包括：所述第一高压IGBT模块构成的第一模块，所述第二低感母排、所述第一模块所构成的第二模块，所述第一低感母排、所述第一模块所构成的第三模块；
下电压过冲计算模块，用于根据所述电压确定各所述待测模块的下电压过冲；
电流变化率测量模块，用于测量所述待测电路导通时，各所述待测模块的电流变化率；
电感计算模块，用于根据所述下电压过冲和所述电流变化率计算所述模块化多电平换流器子模块的所述第一低感母排、所述第一高压IGBT模块、所述第二低感母排的杂散电感。
6.根据权利要求5所述的局部杂散电感提取系统，其特征在于，所述系统还包括：
电压探头调节模块，用于将电压探头连接于各所述待测模块的两端；
电流探头调节模块，用于将电流探头连接于包含各所述待测模块的电流回路上。
7.根据权利要求5所述的局部杂散电感提取系统，其特征在于，所述系统还包括：
电容控制模块，用于将负载电容充电至额定电压值的50％，停止充电，所述负载电容进入放电状态。
8.根据权利要求5所述的局部杂散电感提取系统，其特征在于，所述电感计算模块，具体包括：
第一高压IGBT模块电感计算模块，用于根据公式L1＝ΔV1/Di1计算所述第一高压IGBT模块的电感，其中，L1为所述第一高压IGBT模块的电感，ΔV1是所述第一高压IGBT模块的下电压过冲，Di1是所述第一高压IGBT模块的电流变化率；
第二模块电感计算模块，用于根据公式L2＝ΔV2/Di2计算所述第二模块的电感，其中，L2为所述第二模块的电感，ΔV2是所述第二模块的下电压过冲，Di2是所述第二模块的电流变化率；
第三模块电感计算模块，用于根据公式L3＝ΔV3/Di3计算所述第三模块的电感，其中，L3为所述第三模块的电感，ΔV3是所述第三模块的下电压过冲，Di3是所述第三模块的电流变化率；
第一低感母排电感计算模块，用于根据L4＝L2-L1计算所述第一低感母排的电感，其中，L4为所述第一低感母排的电感，L2为所述第二模块的电感，L1为所述第一高压IGBT模块的电感；
第二低感母排电感计算模块，用于通过L5＝L3-L1计算所述第二低感母排的电感，其中，L5为所述第二低感母排的电感，L3为所述第三模块的电感，L1为所述第一高压IGBT模块的电感。
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