CN113984376B - 一种mmc子模块的高温运行试验方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种MMC子模块的高温运行试验方法和系统。试验方法包括：将试验电路的试验参数代入试验电路以获取被试子模块在预设时间内的平均损耗；将平均损耗代入MMC子模块的暂态热阻抗模型，以获取MMC子模块的最高结温和结温波动；判断最高结温与结温波动是否符合预设条件，若符合则将试验参数作为MMC子模块的运行参数；若不符合，则调整试验参数，直至MMC子模块的最高结温和结温波动符合预设条件。本发明实施例能够模拟MMC长期恒温运行的实际工况，简化实际高温运行试验的调试步骤，并降低实际高温运行试验中子模块及其内部IGBT器件的损坏风险，有利于减少实际高温运行试验的成本，保障试验设备安全。

Description

一种MMC子模块的高温运行试验方法和系统
技术领域
本发明实施例涉及输配电技术领域，尤其涉及一种MMC子模块的高温运行试验方法和系统。
背景技术
子模块是模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter，MMC)的基本组件和最小功率变换单元。通过开展子模块的高温运行试验，试验人员不仅能够验证MMC的载流能力及散热性能，还能够获知子模块中绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)在器件老化和失效等方面的可靠性参数。
目前，现有标准规定的高温运行试验环境与器件实际工况存在差异，并未考虑MMC在长期满负荷运行时，IGBT器件在持续高结温下导电及散热的老化特性是否符合可靠性要求。例如，基于现有较为常用的温箱法对子模块开展温度运行试验的方案就难以契合器件的实际工况，其原因在于：温箱法是通过对空气加热进而完成子模块加热过程的方法，该方法的加热方式是由外至内的；然而，在实际工况下，子模块的热量主要由功率器件产生，是一种由内及外的加热方式。基于此，二者在子模块各部分形成的温度梯度完全不同。
发明内容
本发明实施例提供一种MMC子模块的高温运行试验方法和系统，以通过模拟MMC长期恒温运行的实际工况，简化实际高温运行试验的调试步骤，并降低实际高温运行试验中子模块及其内部IGBT器件的损坏风险，有利于减少实际高温运行试验的成本，保障试验设备安全。
第一方面，本发明实施例提供了一种MMC子模块的高温运行试验方法，该高温运行试验方法包括：
将试验电路的试验参数代入所述试验电路以获取所述被试子模块在预设时间内的平均损耗；其中，所述试验电路包括：被试子模块、陪试子模块、负载电抗和补能电源，所述被试子模块的输入端通过所述负载电抗与所述陪试子模块的输入端电连接，所述被试子模块的输出端及所述陪试子模块的输出端均与所述补能电源电连接；
将所述平均损耗代入所述MMC子模块的暂态热阻抗模型，以获取所述MMC子模块的最高结温和结温波动；
判断所述最高结温与所述结温波动是否符合预设条件，若符合则将所述试验参数作为所述MMC子模块的运行参数；若不符合，则调整所述试验参数，直至所述MMC子模块的最高结温和结温波动符合预设条件。
可选地，将所述试验电路的试验参数代入所述试验电路以获取所述被试子模块在预设时间内的平均损耗包括：
将所述试验电路的试验电压、负载电流、开关频率、进水温度以及进水流量代入所述试验电路。
可选地，所述调整所述试验参数，直至所述MMC子模块的最高结温和结温波动符合预设条件包括：
固定所述试验电压、所述负载电流、所述开关频率、所述进水温度以及所述进水流量中的四个参数，调整另外一个参数，直至所述MMC子模块的最高结温和结温波动符合预设条件。
可选地，所述预设条件为：所述最高结温与预设最高结温的误差在第一预设范围内，且所述结温波动与预设结温波动的误差在第二预设范围内。
可选地，在将试验电路的试验参数代入所述试验电路以获取所述被试子模块在预设时间内的平均损耗之前还包括：
利用仿真软件搭建所述试验电路。
第二方面，本发明实施例还提供了一种MMC子模块的高温运行试验系统，用于执行第一方面所述的MMC子模块的高温运行试验方法，所述MMC子模块的高温运行试验系统包括：
试验电路和所述MMC子模块的暂态热阻抗模型；
所述试验电路包括：被试子模块、陪试子模块、负载电抗和补能电源，所述被试子模块的输入端通过所述负载电抗与所述陪试子模块的输入端电连接，所述被试子模块的输出端及所述陪试子模块的输出端均与所述补能电源电连接。
可选地，所述被试子模块包括：第一电容、第一IGBT、第一二极管、第二IGBT和第二二极管；
所述第一IGBT的发射极与所述第一二极管的阳极电连接，所述第一IGBT的集电极与所述第一二极管的阴极电连接并作为所述被试子模块的第一输出端；
所述第二IGBT的发射极与所述第二二极管的阳极电连接并作为所述被试子模块的第二输出端，所述第二IGBT的集电极与所述第二二极管的阴极电连接，并与所述第一IGBT的发射极电连接后作为所述被试子模块的输入端；
所述第一电容的第一端与所述第一IGBT的集电极电连接，所述第一电容的第二端与所述第二IGBT的发射极电连接。
可选地，所述陪试子模块包括：第二电容、第三IGBT、第三二极管、第四IGBT和第四二极管；
所述第三IGBT的发射极与所述第三二极管的阳极电连接，所述第三IGBT的集电极与所述第三二极管的阴极电连接并作为所述陪试子模块的第一输出端；
所述第四IGBT的发射极与所述第四二极管的阳极电连接并作为所述陪试子模块的第二输出端，所述第四IGBT的集电极与所述第四二极管的阴极电连接，并与所述第三IGBT的发射极电连接后作为所述陪试子模块的输入端；
所述第二电容的第一端与所述第三IGBT的集电极电连接，所述第二电容的第二端与所述第四IGBT的发射极电连接。
可选地，所述试验电路还包括控制器，所述控制器与所述第一IGBT的门极、所述第二IGBT的门极、所述第三IGBT的门极及所述第四IGBT的门极电连接，用于控制所述第一IGBT、所述第二IGBT、所述第三IGBT及所述第四IGBT的导通状态。
可选地，所述补能电源包括整流模块和变压器；
所述整流模块的输出端与所述被试子模块的输出端及所述陪试子模块的输出端电连接，所述整流模块的输入端与所述变压器的输出端电连接，所述变压器的输入端用于接入电源。
本发明实施例所提供的技术方案，通过将试验电路的试验参数代入试验电路以获取被试子模块在预设时间内的平均损耗；将平均损耗代入MMC子模块的暂态热阻抗模型，以获取MMC子模块的最高结温和结温波动；判断最高结温与结温波动是否符合预设条件，若符合则将试验参数作为MMC子模块的运行参数；若不符合，则调整试验参数，直至MMC子模块的最高结温和结温波动符合预设条件。
与现有脱离MMC实际工况的高温运行试验方法相比，基于试验电路和暂态热阻抗模型，本发明实施例能够模拟MMC长期恒温运行的实际工况。此外，通过比较MMC子模块的最高结温和结温波动及预设条件，并将符合条件的试验参数作为MMC子模块的实际运行参数，本发明实施例不仅简化了实际高温运行试验的调试步骤，还降低了实际高温运行试验中子模块及其内部IGBT器件的损坏风险，有利于减少实际高温运行试验的成本，有效保障试验设备安全。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种MMC子模块的高温运行试验电路的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种MMC子模块的高温运行试验方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的一种压接型IGBT子模块中压接型IGBT的暂态热阻模型的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的另一种MMC子模块的高温运行试验方法的流程图；
图5是本发明实施例提供的另一种MMC子模块的高温运行试验电路的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1是本发明实施例提供的一种MMC子模块的高温运行试验电路的结构示意图，图2是本发明实施例提供的一种MMC子模块的高温运行试验方法的流程图。本实施例可适用于任意类型MMC子模块的高温运行试验场景，该方法可以由本发明实施例中的MMC子模块的高温运行试验系统执行，该系统可以由软件和/或硬件来实现。如图2所示，该方法具体包括如下步骤：
步骤210，将试验电路的试验参数代入试验电路以获取被试子模块在预设时间内的平均损耗。
其中，试验电路包括：被试子模块110、陪试子模块120、负载电抗130和补能电源140，被试子模块110的输入端通过负载电抗130与陪试子模块120的输入端电连接，被试子模块110的输出端及陪试子模块120的输出端均与补能电源140电连接。
可知地，试验电路的试验参数可以与MMC子模块的高温运行试验系统的实际电路参数相互对应。此外，预设时间可以根据MMC子模块的高温运行试验方法拟取得试验效果和试验精度进行适应性改变，本发明实施例对此不进行限制。示例性地，预设时间可以是1s、5s或10s等。
可以理解的是，当预设时间为1s时，被试子模块110在预设时间内的平均损耗是指，被试子模块110在1s的预设时间内产生的开关损耗、导通损耗和驱动损耗等损耗的总和；当预设时间不等于1s时，被试子模块110在预设时间内的平均损耗是指，被试子模块110在预设时间内产生的总损耗与预设时间的比值。此外，预设时间的设定方式可以是高温运行试验系统的初始设定，或者可以是试验人员自主设定。
可知地，根据MMC所采用的IGBT的不同种类，子模块可分为焊接型IGBT子模块和压接型IGBT子模块。基于此，试验电路中的子模块可以由焊接型IGBT子模块和/或压接型IGBT子模块组成。示例性地，被试子模块110是焊接型IGBT子模块时，陪试子模块120是焊接型IGBT子模块；被试子模块110是焊接型IGBT子模块时，陪试子模块120是压接型IGBT子模块；被试子模块110是压接型IGBT子模块时，陪试子模块120是焊接型IGBT子模块；被试子模块110是压接型IGBT子模块时，陪试子模块120是压接型IGBT子模块。
可以理解的是，本实施例可以通过获取被试子模块110中任意类型的IGBT在预设时间内的平均损耗，进而获知被试子模块110在预设时间内的平均损耗。
步骤220，将平均损耗代入MMC子模块的暂态热阻抗模型，以获取MMC子模块的最高结温和结温波动。
其中，热阻抗是指热量在热流路径上遇到的阻力，可知地，热阻抗能够反映介质或介质间的传热能力的强弱。基于此，暂态热阻抗模型是指能够表征某时刻或时段的介质或介质间的传热能力的物理模型。
可知地，最高结温是指MMC子模块内部IGBT的pn结的最高工作温度。可以理解的是，最高结温对应于p型半导体或n型半导体转换为本征半导体，pn结势垒消失时的温度。此外，结温波动是指MMC子模块内部IGBT的pn结工作温度的浮动变化值。
基于此，MMC子模块的最高结温和结温波动与MMC子模块中IGBT的最高结温和结温波动相互对应。可以理解的是，由于制作工艺的限制，MMC子模块中的多个IGBT难以具备完全相同的特征参数，因而MMC子模块的最高结温和结温波动需要以多个IGBT中的最小值为准。示例性地，假设被试子模块110中内含两个IGBT，这两个IGBT的最高结温分别为112℃和120℃时，则被试子模块110的最高结温为112℃。
此外，由于本实施例能够通过获取被试子模块110中任意类型的IGBT在预设时间内的平均损耗，进而获知被试子模块110在预设时间内的平均损耗，因而将平均损耗代入MMC子模块的暂态热阻抗模型，以获取MMC子模块的最高结温和结温波动是指，将MMC子模块中的各个IGBT在预设时间内的平均损耗对应代入不同的IGBT暂态热阻抗模型，以获取MMC子模块中的各个IGBT的最高结温和结温波动，并将MMC子模块中的各个IGBT的最高结温和结温波动的最小值作为MMC子模块的最高结温和结温波动。
示例性地，图3是本发明实施例提供的一种压接型IGBT子模块中压接型IGBT的暂态热阻模型的结构示意图。参见图3，PV是指被试子模块110中压接型IGBT在预设时间内的平均损耗；RthSi1是指压接型IGBT中第一硅层E-I(图中未示出)的热阻，CSi1是指压接型IGBT中第一硅层E-I的热容，RthMo1是指压接型IGBT中第一钼层E-II的热阻，CMo1是指压接型IGBT中第一钼层E-II的热容，RthT是指压接型IGBT中第一掺杂层E-III的热阻，CT是指压接型IGBT中第一掺杂层E-III的热容，RthE是指压接型IGBT中发射极层E-IV的热阻，CE是指压接型IGBT中发射极层E-IV的热容，RthHs1是指压接型IGBT中第一散热器层E-V的热阻，CHs1是指压接型IGBT中第一散热器层E-V的热容，Tin1是指压接型IGBT中第一散热器中的流水温度；RthSi2是指压接型IGBT中第二硅层C-I(图中未示出)的热阻，CSi2是指压接型IGBT中第二硅层C-I的热容，RthMo2是指压接型IGBT中第二钼层C-II的热阻，CMo2是指压接型IGBT中第二钼层C-II的热容，RthP是指压接型IGBT中第二掺杂层C-III的热阻，CP是指压接型IGBT中第二掺杂层C-III的热容，RthC是指压接型IGBT中集电极层C-IV的热阻，CC是指压接型IGBT中集电极层C-IV的热容，RthHs2是指压接型IGBT中第二散热器层C-V的热阻，CHs2是指压接型IGBT中第二散热器层C-V的热容，Tin2是指压接型IGBT中第二散热器中的流水温度。此外，第一测量点A用于获取压接型IGBT的结温波动，第二测量点B用于获取压接型IGBT的壳温。
可以理解的是，第一硅层E-I和第二硅层C-I组成了区域I。RthSi1、CSi1、RthMo1、CMo1、RthT、CT、RthE、CE、RthHs1、CHs1、RthSi2、CSi2、RthMo2、CMo2、RthP、CP、RthC、CC、RthHs2和CHs2的具体数值可以根据MMC子模块或IGBT的器件手册得以确定。Tin1和Tin2可以根据实际高温运行试验拟取得的散热效果进行适应性设定，本发明实施例对此均不进行限制。示例性地，Tin1和Tin2可以为50℃。
继续参见图3，将平均损耗代入MMC子模块的暂态热阻抗模型，以获取MMC子模块的最高结温和结温波动的具体原理如下。首先，将MMC子模块中的IGBT在预设时间内的平均损耗对应代入IGBT暂态热阻抗模型的PV；其次，通过第一测量点A获取IGBT的最高结温和结温波动；最后，将MMC子模块中IGBT的最高结温和结温波动的最小值作为MMC子模块的最高结温和结温波动。
需要说明的是，图3示例性示出了被试子模块110是压接型IGBT子模块时的暂态热阻模型的结构示意图，但是，本发明实施例中的被试子模块110可以但不限于是压接型IGBT子模块。当被试子模块110是焊接型IGBT子模块时，相应的暂态热阻模型的结构示意图需要进行适应性改变，本发明实施例对此不进行限制。
还需要说明的是，由于不同MMC子模块或IGBT的生产厂家在器件手册中提供的暂态热阻模型参数不尽相同，因而本发明实施例中的热阻及热容的数量和连接方式等均可以进行适应性改变，本发明实施例对此不进行限制。示例性地，热阻和热容的数量可以分别精简为1。
步骤230，判断最高结温与结温波动是否符合预设条件，若符合则将试验参数作为MMC子模块的运行参数；若不符合，则调整试验参数，直至MMC子模块的最高结温和结温波动符合预设条件。
其中，示例性地，预设条件可以是最高结温低于或等于预设结温参数，且结温波动低于或等于预设波动参数。
基于此，最高结温与结温波动符合预设条件的情况包括：最高结温低于预设结温参数，且结温波动低于预设波动参数；最高结温等于预设结温参数，且结温波动低于预设波动参数；最高结温等于预设结温参数，且结温波动等于预设波动参数；最高结温低于预设结温参数，且结温波动等于预设波动参数。
相反地，最高结温与结温波动不符合预设条件的情况包括：最高结温高于预设结温参数，且结温波动低于预设波动参数；最高结温高于预设结温参数，且结温波动等于预设波动参数；最高结温低于预设结温参数，且结温波动高于预设波动参数；最高结温等于预设结温参数，且结温波动高于预设波动参数；最高结温高于预设结温参数，且结温波动高于预设波动参数。
本发明实施例通过将试验电路的试验参数代入试验电路以获取被试子模块在预设时间内的平均损耗；将平均损耗代入MMC子模块的暂态热阻抗模型，以获取MMC子模块的最高结温和结温波动；判断最高结温与结温波动是否符合预设条件，若符合则将试验参数作为MMC子模块的运行参数；若不符合，则调整试验参数，直至MMC子模块的最高结温和结温波动符合预设条件。
与现有脱离MMC实际工况的高温运行试验方法相比，基于试验电路和暂态热阻抗模型，本发明实施例能够模拟MMC长期恒温运行的实际工况。此外，通过比较MMC子模块的最高结温和结温波动及预设条件，并将符合条件的试验参数作为MMC子模块的实际运行参数，本发明实施例不仅简化了实际高温运行试验的调试步骤，还降低了实际高温运行试验中子模块及其内部IGBT器件的损坏风险，有利于减少实际高温运行试验的成本，有效保障试验设备安全。
图4是本发明实施例提供的另一种MMC子模块的高温运行试验方法的流程图。在上述实施例的基础上，在本实施例中，可选地，将试验电路的试验参数代入试验电路以获取被试子模块110在预设时间内的平均损耗包括：
将试验电路的试验电压、负载电流、开关频率、进水温度以及进水流量代入试验电路。
可选地，调整试验参数，直至MMC子模块的最高结温和结温波动符合预设条件包括：
固定试验电压、负载电流、开关频率、进水温度以及进水流量中的四个参数，调整另外一个参数，直至MMC子模块的最高结温和结温波动符合预设条件。
可选地，预设条件为：最高结温与预设最高结温的误差在第一预设范围内，且结温波动与预设结温波动的误差在第二预设范围内。
可选地，在将试验电路的试验参数代入试验电路以获取被试子模块110在预设时间内的平均损耗之前还包括：
利用仿真软件搭建试验电路。
如图4所示，本实施例提供的MMC子模块的高温运行试验方法具体包括如下步骤：
步骤410，利用仿真软件搭建试验电路。
其中，仿真软件可以是任意一款能够实现MMC子模块的高温运行试验仿真的软件，本发明实施例对此不进行限制。
步骤420，将试验电路的试验电压、负载电流、开关频率、进水温度以及进水流量代入试验电路以获取被试子模块在预设时间内的平均损耗。
其中，试验电路的试验电压、负载电流、开关频率、进水温度以及进水流量均与MMC子模块的实际高温运行试验环境相关，本发明实施例对此不进行限制。示例性地，一种现有基于3kA/4.5kV压接型IGBT子模块的MMC的实际高温运行试验的试验参数可以如表一所示。
表一
Figure BDA0003323198900000121
参见表一，实际高温运行试验的试验电压是2200V，开关频率为450Hz，进水温度是50℃，进水流量是12L/min，负载电流为600A(DC)/1100A(AC)。
步骤430，将平均损耗代入MMC子模块的暂态热阻抗模型，以获取MMC子模块的最高结温和结温波动。
步骤440，判断最高结温与结温波动是否符合最高结温与预设最高结温的误差在第一预设范围内，且结温波动与预设结温波动的误差在第二预设范围内，若符合则将试验参数作为MMC子模块的运行参数；若不符合，则固定试验电压、负载电流、开关频率、进水温度以及进水流量中的四个参数，调整另外一个参数，直至MMC子模块的最高结温和结温波动符合最高结温与预设最高结温的误差在第一预设范围内，且结温波动与预设结温波动的误差在第二预设范围内。
其中，预设最高结温、第一预设范围、预设结温波动和第二预设范围的设定方式可以是是高温运行试验系统的初始设定，或者可以是试验人员自主设定。
示例性地，假设预设最高结温为112℃，第一预设范围为-2℃至2℃，预设结温波动为2℃，且第二预设范围为-1℃至1℃。当MMC子模块的最高结温为113℃且结温波动为3℃时，最高结温与预设最高结温的误差为1℃，在第一预设范围-2℃至2℃内，同时，结温波动与预设结温波动的误差为1℃，在第二预设范围-1℃至1℃内，此时，可以将试验参数作为MMC子模块的运行参数开展实际高温运行试验。
示例性地，当MMC子模块的最高结温为115℃且结温波动为3℃时，即使结温波动与预设结温波动的误差为1℃，在第二预设范围-1℃至1℃内，但是，最高结温与预设最高结温的误差为3℃，超出了第一预设范围-2℃至2℃，因而此时需要固定试验电压、负载电流、开关频率、进水温度以及进水流量中的四个参数，调整另外一个参数，直至MMC子模块的最高结温和结温波动符合最高结温与预设最高结温的误差在第一预设范围内，且结温波动与预设结温波动的误差在第二预设范围内。
示例性地，当MMC子模块的最高结温为113℃且结温波动为5℃时，即使最高结温与预设最高结温的误差为1℃，在第一预设范围-2℃至2℃内，但是，结温波动与预设结温波动的误差为3℃，超出了第二预设范围-1℃至1℃，因而此时也需要固定试验电压、负载电流、开关频率、进水温度以及进水流量中的任意四个参数，调整另外一个参数，直至MMC子模块的最高结温和结温波动符合最高结温与预设最高结温的误差在第一预设范围内，且结温波动与预设结温波动的误差在第二预设范围内。
可知地，固定试验电压、负载电流、开关频率、进水温度以及进水流量中的四个参数，调整另外一个参数可以包括以下情况：固定试验电压、负载电流、开关频率和进水温度，调整进水流量；固定试验电压、负载电流、开关频率、和进水流量，调整进水温度；固定试验电压、负载电流、进水流量和进水温度，调整开关频率；固定试验电压、开关频率、进水流量和进水温度，调整负载电流；固定负载电流、开关频率、进水温度和进水流量，调整试验电压。
本发明实施例通过利用仿真软件搭建试验电路；将试验电路的试验电压、负载电流、开关频率、进水温度以及进水流量代入试验电路以获取被试子模块在预设时间内的平均损耗；将平均损耗代入MMC子模块的暂态热阻抗模型，以获取MMC子模块的最高结温和结温波动；判断最高结温与结温波动是否符合最高结温与预设最高结温的误差在第一预设范围内，且结温波动与预设结温波动的误差在第二预设范围内，若符合则将试验参数作为MMC子模块的运行参数；若不符合，则固定试验电压、负载电流、开关频率、进水温度以及进水流量中的四个参数，调整另外一个参数，直至MMC子模块的最高结温和结温波动符合最高结温与预设最高结温的误差在第一预设范围内，且结温波动与预设结温波动的误差在第二预设范围内。
与现有脱离MMC实际工况的高温运行试验方法相比，本发明实施例基于搭建的仿真试验电路和暂态热阻抗模型能够模拟MMC长期恒温运行的实际工况。此外，本发明实施例通过判断最高结温与预设最高结温的误差是否处于第一预设范围，结温波动与预设结温波动的误差是否处于第二预设范围，对不符合条件的试验参数进行调整，并将符合条件的试验参数作为MMC子模块的实际运行参数的手段，不仅简化了实际高温运行试验的调试步骤，还降低了实际高温运行试验中子模块及其内部IGBT器件因参数调节而损坏的风险，有利于减少实际高温运行试验的成本，有效保障试验设备安全。
图5是本发明实施例提供的另一种MMC子模块的高温运行试验电路的结构示意图。MMC子模块的高温运行试验系统包括如图5所示的高温运行试验电路和如图3所示的MMC子模块的暂态热阻抗模型，该MMC子模块的高温运行试验系统用于执行MMC子模块的高温运行试验方法。
参见图5，试验电路包括被试子模块110、陪试子模块120、负载电抗130和补能电源140，被试子模块110的输入端通过负载电抗130与陪试子模块120的输入端电连接，被试子模块110的输出端及陪试子模块120的输出端均与补能电源140电连接。
其中，试验电路用于模拟MMC长期恒温运行的实际工况；暂态热阻抗模型用于模拟MMC中子模块内部的IGBT的实际热量传递情况；补能电源140用于模拟实际高温运行试验系统中的电源，并为试验电路提供电能，以维持试验电路的正常运转；负载电抗130用于模拟实际高温运行试验系统中的负载；被试子模块110用于模拟实际高温运行试验系统中的待测MMC子模块；陪试子模块120用于模拟实际高温运行试验系统中的陪试MMC子模块。
可以理解的是，被试子模块110和陪试子模块120分别连接负载电抗130以对拖输出周期性负载电流I，该周期性负载电流I既包含直流分量，也含有交流分量，通过对负载电流I的频率及幅值的控制，本发明实施例能够使被试子模块110长期运行于恒定高温状态。
继续参见图5，可选地，被试子模块110包括第一电容C1、第一IGBT T1、第一二极管D1、第二IGBT T2和第二二极管D2。
第一IGBT T1的发射极与第一二极管D1的阳极电连接，第一IGBT T1的集电极与第一二极管D1的阴极电连接并作为被试子模块110的第一输出端。第二IGBT T2的发射极与第二二极管D2的阳极电连接并作为被试子模块110的第二输出端，第二IGBT T2的集电极与第二二极管D2的阴极电连接，并与第一IGBT T1的发射极电连接后作为被试子模块110的输入端。第一电容C1的第一端与第一IGBT T1的集电极电连接，第一电容C1的第二端与第二IGBTT2的发射极电连接。
其中，第一二极管D1反向并联于第一IGBT T1的发射极和集电极之间，第二二极管D2反向并联于第二IGBT T2的发射极和集电极之间，以防止负载电抗130中感性元件所产生的反电动势损坏处于开关状态的第一IGBT T1和第二IGBT T2。
可以理解的是，第一电容C1可以是任意一种可用于组成MMC子模块的电容，该电容的种类和具体参数可以根据MMC子模块的实际应用场景进行适应性调整，本发明实施例对此不进行限制。示例性地，第一电容C1可以是云母电容。
可知地，第一IGBT T1和第二IGBT T2可以是任意一种可用于组成MMC子模块的IGBT，上述IGBT的种类和具体参数可以根据MMC子模块的实际应用情况进行适应性调整，本发明实施例对此不进行限制。示例性地，第一IGBT T1和第二IGBT T2可以是压接型IGBT。
可知地，第一二极管D1和第二二极管D2可以是任意一种可用于组成MMC子模块的二极管，上述二极管的种类和具体参数可以根据MMC子模块的实际应用场景进行适应性调整，本发明实施例对此不进行限制。
继续参见图5，可选地，陪试子模块120包括第二电容C2、第三IGBT T3、第三二极管D3、第四IGBT T4和第四二极管D4。
第三IGBT T3的发射极与第三二极管D3的阳极电连接，第三IGBT T3的集电极与第三二极管D3的阴极电连接并作为陪试子模块120的第一输出端。第四IGBT T4的发射极与第四二极管D4的阳极电连接并作为陪试子模块120的第二输出端，第四IGBT T4的集电极与第四二极管D4的阴极电连接，并与第三IGBT T3的发射极电连接后作为陪试子模块120的输入端。第二电容C2的第一端与第三IGBT T3的集电极电连接，第二电容C2的第二端与第四IGBTT4的发射极电连接。
其中，第三二极管D3反向并联于第三IGBT T3的发射极和集电极之间，第四二极管D4反向并联于第四IGBT T4的发射极和集电极之间，以防止负载电抗130中感性元件所产生的反电动势损坏处于开关状态的第三IGBT T3和第四IGBT T4。
可以理解的是，第二电容C2可以是任意一种可用于组成MMC子模块的电容，第二电容C2的种类和具体参数可以根据MMC子模块的实际应用场景进行适应性调整，本发明实施例对此不进行限制。示例性地，第二电容C2可以是聚丙乙烯电容。
可知地，第三IGBT T3和第四IGBT T4可以是任意一种可用于组成MMC子模块的IGBT，上述IGBT的种类和具体参数可以根据MMC子模块的实际应用情况进行适应性调整，本发明实施例对此不进行限制。示例性地，第三IGBT T3和第四IGBT T4可以是焊接型IGBT。
可知地，第三二极管D3和第四二极管D4可以是任意一种可用于组成MMC子模块的二极管，上述二极管的种类和具体参数可以根据MMC子模块的实际应用场景进行适应性调整，本发明实施例对此不进行限制。
继续参见图5，可选地，试验电路还包括控制器150，控制器150与第一IGBT T1的门极、第二IGBT T2的门极、第三IGBT T3的门极及第四IGBT T4的门极电连接，用于控制第一IGBT T1、第二IGBT T2、第三IGBT T3及第四IGBT T4的导通状态。
其中，控制器150可以是单片机、微处理器或片上系统等，控制器150的具体型号、电路结构和特征参数可以根据第一IGBT T1、第二IGBT T2、第三IGBT T3及第四IGBT T4的实际驱动需求进行适应性选择，本发明实施例对此不进行限制。
继续参见图5，可选地，补能电源140包括整流模块141和变压器142。
整流模块141的输出端与被试子模块110的输出端及陪试子模块120的输出端电连接，整流模块141的输入端与变压器142的输出端电连接，变压器142的输入端用于接入电源。
其中，整流模块141的基本原理可以是半波整流、全波整流或桥式整流等，整流模块141的内部电路设计和具体特征参数可以根据MMC子模块的高温运行试验系统的实际需求进行适应性改变，本发明实施例对此不进行限制。
可以理解的是，变压器142可以是芯式变压器、非晶合金变压器或壳式变压器等，变压器142的具体设计和特征参数可以根据MMC子模块的高温运行试验系统的实际需求进行适应性改变，本发明实施例对此不进行限制。
在上述实施例的基础上，本发明实施例基于搭建的仿真试验电路和暂态热阻抗模型能够模拟MMC长期恒温运行的实际工况。结合本发明实施例所提供的MMC子模块的高温运行试验方法，本实施例不仅能够简化实际高温运行试验的调试步骤，还能降低实际高温运行试验中子模块及其内部IGBT器件因参数调节而损坏的风险，有利于减少实际高温运行试验的成本，有效保障试验设备安全。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种MMC子模块的高温运行试验方法，其特征在于，包括：
将试验电路的试验参数代入所述试验电路以获取被试子模块在预设时间内的平均损耗；其中，所述试验电路包括：被试子模块、陪试子模块、负载电抗和补能电源，所述被试子模块的输入端通过所述负载电抗与所述陪试子模块的输入端电连接，所述被试子模块的输出端及所述陪试子模块的输出端均与所述补能电源电连接；
将所述平均损耗代入所述MMC子模块的暂态热阻抗模型，以获取所述MMC子模块的最高结温和结温波动；
判断所述最高结温与所述结温波动是否符合预设条件，若符合则将所述试验参数作为所述MMC子模块的运行参数；若不符合，则调整所述试验参数，直至所述MMC子模块的最高结温和结温波动符合预设条件。
2.根据权利要求1所述的MMC子模块的高温运行试验方法，其特征在于，将所述试验电路的试验参数代入所述试验电路以获取所述被试子模块在预设时间内的平均损耗包括：
将所述试验电路的试验电压、负载电流、开关频率、进水温度以及进水流量代入所述试验电路。
3.根据权利要求2所述的MMC子模块的高温运行试验方法，其特征在于，所述调整所述试验参数，直至所述MMC子模块的最高结温和结温波动符合预设条件包括：
固定所述试验电压、所述负载电流、所述开关频率、所述进水温度以及所述进水流量中的四个参数，调整另外一个参数，直至所述MMC子模块的最高结温和结温波动符合预设条件。
4.根据权利要求1所述的MMC子模块的高温运行试验方法，其特征在于，所述预设条件为：所述最高结温与预设最高结温的误差在第一预设范围内，且所述结温波动与预设结温波动的误差在第二预设范围内。
5.根据权利要求1所述的MMC子模块的高温运行试验方法，其特征在于，在将试验电路的试验参数代入所述试验电路以获取所述被试子模块在预设时间内的平均损耗之前还包括：
利用仿真软件搭建所述试验电路。
6.一种MMC子模块的高温运行试验系统，用于执行权利要求1-5任一项所述的MMC子模块的高温运行试验方法，其特征在于，所述MMC子模块的高温运行试验系统包括：
试验电路和所述MMC子模块的暂态热阻抗模型；
所述试验电路包括：被试子模块、陪试子模块、负载电抗和补能电源，所述被试子模块的输入端通过所述负载电抗与所述陪试子模块的输入端电连接，所述被试子模块的输出端及所述陪试子模块的输出端均与所述补能电源电连接。
7.根据权利要求6所述的MMC子模块的高温运行试验系统，其特征在于，所述被试子模块包括：第一电容、第一IGBT、第一二极管、第二IGBT和第二二极管；
所述第一IGBT的发射极与所述第一二极管的阳极电连接，所述第一IGBT的集电极与所述第一二极管的阴极电连接并作为所述被试子模块的第一输出端；
所述第二IGBT的发射极与所述第二二极管的阳极电连接并作为所述被试子模块的第二输出端，所述第二IGBT的集电极与所述第二二极管的阴极电连接，并与所述第一IGBT的发射极电连接后作为所述被试子模块的输入端；
所述第一电容的第一端与所述第一IGBT的集电极电连接，所述第一电容的第二端与所述第二IGBT的发射极电连接。
8.根据权利要求7所述的MMC子模块的高温运行试验系统，其特征在于，所述陪试子模块包括：第二电容、第三IGBT、第三二极管、第四IGBT和第四二极管；
所述第三IGBT的发射极与所述第三二极管的阳极电连接，所述第三IGBT的集电极与所述第三二极管的阴极电连接并作为所述陪试子模块的第一输出端；
所述第四IGBT的发射极与所述第四二极管的阳极电连接并作为所述陪试子模块的第二输出端，所述第四IGBT的集电极与所述第四二极管的阴极电连接，并与所述第三IGBT的发射极电连接后作为所述陪试子模块的输入端；
所述第二电容的第一端与所述第三IGBT的集电极电连接，所述第二电容的第二端与所述第四IGBT的发射极电连接。
9.根据权利要求8所述的MMC子模块的高温运行试验系统，其特征在于，所述试验电路还包括控制器，所述控制器与所述第一IGBT的门极、所述第二IGBT的门极、所述第三IGBT的门极及所述第四IGBT的门极电连接，用于控制所述第一IGBT、所述第二IGBT、所述第三IGBT及所述第四IGBT的导通状态。
10.根据权利要求6所述的MMC子模块的高温运行试验系统，其特征在于，所述补能电源包括整流模块和变压器；
所述整流模块的输出端与所述被试子模块的输出端及所述陪试子模块的输出端电连接，所述整流模块的输入端与所述变压器的输出端电连接，所述变压器的输入端用于接入电源。
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