CN115166601A - 一种mmc子模块状态在线监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种MMC子模块状态在线监测方法及系统，该方法通过测量负载电流及在IGBT器件导通过程中电容器的电压变化量，获得电容器的容值，通过测量IGBT器件关断过程中的电容器的电压过充峰值，获得IGBT器件的结温，实现了电容器的容值和IGBT器件的结温的一体化监测，而且本发明在电容器的容值的获取过程中无需改变换流器的工作状态，不会对变流器的运行产生影响，可实现在线监测。

Description

一种MMC子模块状态在线监测方法及系统

技术领域

本发明涉及MMC子模块监测技术领域，特别是涉及一种MMC子模块状态在线监测方法及系统。

背景技术

模块化多电平换流器(modular-multilevel-converter，MMC)与传统的两电平或三电平电压源型换流器相比，由于具有模块化拓展能力、出色的谐波特性以及低损耗等优势，越来越受到人们的关注。目前MMC已经成为电力电子化新型电力系统最具应用前景的拓扑结构，并广泛应用于高压大容量柔性直流输电以及大规模海上风电并网领域。MMC是一个结构复杂、组件数量众多的大型电力设备，通常包含数百个子模块以及配套的控制系统、保护系统以及水冷系统。子模块是MMC的基本功能单元，金属化薄膜电容器以及IGBT器件是子模块的核心组件。在MMC长期运行中，受到电、热、磁、力等多物理场的作用，电容器及IGBT器件易产生性能退化，进而引起MMC性能降低甚至造成设备停运。对电容器以及IGBT器件进行状态监测是提升MMC设备可靠性的关键。

现有MMC子模块状态监测方法研究多集中在单个孤立元件。例如，以金属化薄膜电容器监测而言，金属化薄膜电容器具有高稳定性和长寿命，广泛应用于高压大功率电力电子装备。由于薄膜电容器没有电解质溶液挥发导致的容值降低和等效电阻降低的问题，其失效判据通常为容值降低2％～5％。容值监测的基本原理是根据电容器充放电特性，通过充放电电流与电压变化量计算电容值。根据充放电过程激励源不同监测方法可分为三种：利用变流器负载电流的充放电、信号注入以及电容器自身放电过程。利用变流器负载电流需要测量运行过程中电容器电压波动以及相应的负载电流，不影响变流器正常运行，不改变控制方式，通常采用滤波算法提高监测精确度。信号注入法通常将变流器内注入特定频率电流，激励产生纹波电压，进而计算电容值，为了不干扰变流器正常运行，需要在特定工况下进行监测。电容器自身放电过程不依赖外部电流，仅利用充电电容经电阻的放电过程，通过监测电容器电压下降过程，即可计算容值，该方法同样对变流器运行产生影响。

再例如，以IGBT器件模块的结温监测而言，IGBT器件模块的结温是反映其工作状态的重要参数。IGBT器件芯片封装在模块内部，不容易直接接触测量。温敏电参数法将IGBT器件芯片或模块本身作为温度传感器，通过测量器件外部电气参数，利用温度与电参量的校准关系间接计算结温。温敏电参数法已经成为最具应用潜力的结温在线监测方法。温度主要影响IGBT器件半导体材料的本征载流子浓度、载流子迁移率和载流子寿命，进而对IGBT器件的动态以及静态参数产生影响。相应地，温敏电参数法可分为基于动态参数与基于静态参数。基于通态特性的温敏电参数主要有小电流饱和压降法、负载电流下饱和压降法、阈值电压法和短路电流法四种。基于瞬态特性的温敏电参数法又可分为时间测量类温敏电参数和斜率测量类温敏电参数。时间测量类温敏电参数主要包含开通延迟时间、关断延迟时间和米勒平台宽度，斜率测量类温敏电参数主要包含电压变化率和电流变化率。

现有MMC子模块状态监测方法研究多集中在单个孤立元件，且电容器的容值的监测过程会对变流器的运行产生影响，无法实现在线监测。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种MMC子模块状态在线监测方法及系统，以提供一种MMC子模块的电容器的容值与IGBT器件的结温的一体化在线监测。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种MMC子模块状态在线监测方法，所述方法包括如下步骤：

测量MMC子模块的负载电流及在IGBT器件导通过程中电容器的电压变化量；所述MMC子模块包括电容器和IGBT器件，所述MMC子模块用于为负载供电；

根据所述负载电流和所述电压变化量计算电容器的容值；

测量IGBT器件关断过程中的电容器的电压过充峰值；

根据所述电压过充峰值计算IGBT器件的结温。

可选的，根据所述负载电流和所述电压变化量计算电容器的容值的公式为：

其中，C表示电容器的容值，i_{C_t0}和i_{C_t1}分别为IGBT器件导通过程的起始时刻和结束时刻的负载电流，t₀和t₁分别为IGBT器件导通过程的起始时刻和结束时刻，ΔV_dc为电压变化量，T表示导通过程的时间。

可选的，所述根据所述电压过充峰值计算IGBT器件的结温，具体包括：

根据所述电压过充峰值，利用电压过充峰值与IGBT器件的结温的线性关系，计算IGBT器件的结温。

可选的，所述根据所述电压过充峰值，利用电压过充峰值与IGBT器件的结温的线性关系，计算IGBT器件的结温，之前还包括：

搭建MMC子模块的双脉冲实验平台；

基于所述双脉冲实验平台，测量IGBT器件处于不同结温条件时的电容器的电压过充峰值；

根据IGBT器件处于不同结温条件时的电容器的电压过充峰值确定所述线性关系。

可选的，所述双脉冲实验平台包括：MMC子模块、直流驱动电源、脉冲信号源、直流控制电源、负载、温度加热平台和示波器；所述MMC子模块包括第一IGBT器件、第二IGBT器件和电容器；

所述第一IGBT器件的集电极与所述直流驱动电源的正极连接，所述第一IGBT器件的发射极与所述第二IGBT器件的集电极连接，所述第二IGBT器件的发射极与所述直流驱动电源的负极连接；

所述脉冲信号源的一端与所述第一IGBT器件的栅极连接，所述脉冲信号源的另一端与所述第一IGBT器件的发射极连接；

所述直流控制电源的负极与所述第二IGBT器件的栅极连接，所述直流控制电源的正极与所述第二IGBT器件的发射极连接。

所述负载的两端分别与所述第二IGBT器件的集电极和发射极连接；

所述示波器与所述电容器并联；

所述温度加热平台用于对所述第一IGBT器件进行加热，使所述第一IGBT器件处于不同的结温条件下；

所述示波器用于测量第一IGBT器件处于不同的结温条件下的电容器的电压过充峰值。

一种MMC子模块状态在线监测系统，所述系统包括：

第一测量模块，用于测量MMC子模块的负载电流及在IGBT器件导通过程中电容器的电压变化量；所述MMC子模块包括电容器和IGBT器件，所述MMC子模块用于为负载供电；

容值计算模块，用于根据所述负载电流和所述电压变化量计算电容器的容值；

第二测量模块，用于测量IGBT器件关断过程中的电容器的电压过充峰值；

结温计算模块，用于根据所述电压过充峰值计算IGBT器件的结温。

可选的，根据所述负载电流和所述电压变化量计算电容器的容值的公式为：

其中，C表示电容器的容值，i_{C_t0}和i_{C_t1}分别为IGBT器件导通过程的起始时刻和结束时刻的负载电流，t₀和t₁分别为IGBT器件导通过程的起始时刻和结束时刻，ΔV_dc为电压变化量，T表示导通过程的时间。

可选的，所述结温计算模块，具体包括：

结温计算子模块，用于根据所述电压过充峰值，利用电压过充峰值与IGBT器件的结温的线性关系，计算IGBT器件的结温。

可选的，所述系统还包括：

双脉冲实验平台搭建模块，用于搭建MMC子模块的双脉冲实验平台；

实验模块，用于基于所述双脉冲实验平台，测量IGBT器件处于不同结温条件时的电容器的电压过充峰值；

线性关系确定模块，用于根据IGBT器件处于不同结温条件时的电容器的电压过充峰值确定所述线性关系。

可选的，所述双脉冲实验平台包括：MMC子模块、直流驱动电源、脉冲信号源、直流控制电源、负载、温度加热平台和示波器；所述MMC子模块包括第一IGBT器件、第二IGBT器件和电容器；

所述第一IGBT器件的集电极与所述直流驱动电源的正极连接，所述第一IGBT器件的发射极与所述第二IGBT器件的集电极连接，所述第二IGBT器件的发射极与所述直流驱动电源的负极连接；

所述脉冲信号源的一端与所述第一IGBT器件的栅极连接，所述脉冲信号源的另一端与所述第一IGBT器件的发射极连接；

所述直流控制电源的负极与所述第二IGBT器件的栅极连接，所述直流控制电源的正极与所述第二IGBT器件的发射极连接。

所述负载的两端分别与所述第二IGBT器件的集电极和发射极连接；

所述示波器与所述电容器并联；

所述温度加热平台用于对所述第一IGBT器件进行加热，使所述第一IGBT器件处于不同的结温条件；

所述示波器用于测量第一IGBT器件处于不同的结温条件时的电容器的电压过充峰值。

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：

本发明公开一种MMC子模块状态在线监测方法，所述方法包括如下步骤：测量MMC子模块的负载电流及在IGBT器件导通过程中电容器的电压变化量；所述MMC子模块包括电容器和IGBT器件，所述MMC子模块用于为负载供电；根据所述负载电流和所述电压变化量计算电容器的容值；测量IGBT器件关断过程中的电容器的电压过充峰值；根据所述电压过充峰值计算IGBT器件的结温。本发明通过测量负载电流及在IGBT器件导通过程中电容器的电压变化量，获得电容器的容值，通过测量IGBT器件关断过程中的电容器的电压过充峰值，获得IGBT器件的结温，实现了电容器的容值和IGBT器件的结温的一体化监测，而且本发明在电容器的容值的获取过程中无需改变换流器的工作状态，不会对变流器的运行产生影响，可实现在线监测。

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行人员来讲，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为本发明实施例1提供的一种MMC子模块状态在线监测方法的流程图；

图2为本发明实施例1提供的MMC子模块状态在线监测方法的原理图；

图3为本发明实施例1提供的图2中的Q_T导通与关断过程的电压电流波形图；

图4为本发明实施例1提供的双脉冲实验平台的电路结构图；

图5为本发明实施例1提供的图4中的Q_T导通与关断过程的电容器的电压波形图；

图6为本发明实施例1提供的不同结温条件下图4中的Q_T关断过程的电容器的电压波形图；

图7为本发明实施例1提供的电容器的电压过充峰值与结温线性关系图。

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，本领域普通技术行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一种MMC子模块状态在线监测方法及系统，以提供一种MMC子模块的电容器的容值与IGBT器件的结温的一体化在线监测。

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。

如图1所示，本发明提供一种MMC子模块状态在线监测方法，所述方法包括如下步骤：

步骤101，测量MMC子模块的负载电流及在IGBT器件导通过程中电容器的电压变化量；所述MMC子模块包括电容器和IGBT器件，所述MMC子模块用于为负载供电。

步骤102，根据所述负载电流和所述电压变化量计算电容器的容值。

步骤101和步骤102中的电容器的容值监测的原理为：

所述电容器示例性的为金属化薄膜电容器，即MPPF(Metalized polypropylenefilm capacitor，金属化聚丙烯薄膜电容器)电容器，MPPF电容器等效电路如图2中的方框部分所示，其中ESL为连接端子及母排的等效串联电感，ESR为等效串联电阻，C为MPPF电容器的电容。利用真空沉淀工艺将金属层镀在聚丙烯膜表面，并将其作为电极绕制而成大容量的MPPF电容器。MPPF内部发生击穿时，击穿点处的金属会气化形成气化集合面，击穿点被修复，短路消失，即MPPF电容器具有自愈性。然而由于自愈现象发生，空气中水分子会通过击穿通道进入电容器内部，与金属层发生氧化，金属电极被腐蚀，导致MPPF电容器的电容降低。通常认为MPPF电容器容值下降5％时则认为电容器已经失效。ESL主要取决于电容器电极的金属连接件，与电极老化过程无关，因此认为MPPF电容老化前后ESL保持不变。图2中，Q_T和Q_B均表示IGBT器件，v_GET表示脉冲信号源，v_c表示直流控制电源，R_GT表示第一限流电阻，R_GB表示第二限流电阻，L_load表示负载电感，R_load表示负载电阻，L_T和L_B均表示杂散电感。

如图3所示为上管IGBT器件Q_T导通以及关断过程的波形示意图。t₀-t₁阶段Q_T导通，电容器经IGBT器件向负载电抗器放电。值得注意的是，IGBT器件关断暂态时间较导通时间短很多，因此可认为在t₁-t₆的关断过程电容器不再放电，电容器没有能量损失，负载电流i_C保持不变。在一个导通时间T内，i_C可认为线性增加。因此电容计算公式可由积分形式简化为：

通过测量负载电流以及导通过程中电容电压变化量即可计算得出电容，即电容器的容值。

步骤103，测量IGBT器件关断过程中的电容器的电压过充峰值。

步骤104，根据所述电压过充峰值计算IGBT器件的结温。

步骤103和步骤104中的IGBT器件的结温监测的原理为：

如图3所示，t₁时Q_T开始关断，门极电压逐渐下降直到t₂时刻。t₂-t₃阶段门极电压进入米勒平台阶段，集电极电压逐渐上升，集电极电流保持不变。直到t₃时刻，集电极电压上升达到电容器电压，下管D_B导通，负载电流由Q_T换流到D_B。电容器从主回路切除，电压保持不变。

在换流过程中，变化的i_C在回路杂散电感产生感应电压，此时di_C/dt电流变化率较大，通常大于100A/μs，ESL杂散电感电压较大，会在电容器充电电压上叠加一个电压过充，如图2所示。L_bus为连接电容器与IGBT器件的母排的杂散电感。

t₃到t₄时刻，电容器等效电感ESL的感应电压即为电容器的过充电压峰值ΔV_pk，ΔV_pk为：

其中，V_dc(pk)为电容器的电压峰值，V_{dc_t1}为t₁时刻电容器的电压。

最大电流变化率为:

J_C,ON为电流密度。

τ_p0,NB为空穴的寿命：

其中，σ_cp表示复合中心对空穴的俘获截面，N_r表示复合中心浓度，E_NB表示电容器极板间电场强度，μ_p表示半导体材料中空穴的流动性。

将(4)代入(3)可得:

半导体材料中空穴的流动性μ_p与结温成线性关系：

μ_p＝α-βT_j (6)

α和β为半导体材料中空穴的流动性μ_p与结温成线性关系中的系数。

电场强度E_NB为：

V_{dc_t1}为t₁时刻电容器的电压值，d_NB表示电容器极板间距离。

因此ΔV_pk可表示为：

可见ΔV_pk随结温T_j升高而降低，并且成线性关系。

因此，本发明实施例中的根据所述电压过充峰值计算IGBT器件的结温，具体包括：根据所述电压过充峰值，利用电压过充峰值与IGBT器件的结温的线性关系，计算IGBT器件的结温。

所述根据所述电压过充峰值，利用电压过充峰值与IGBT器件的结温的线性关系，计算IGBT器件的结温，之前还包括：搭建MMC子模块的双脉冲实验平台；基于所述双脉冲实验平台，测量IGBT器件处于不同结温条件时的电容器的电压过充峰值；根据IGBT器件处于不同结温条件时的电容器的电压过充峰值确定所述线性关系。如图4所示，所述双脉冲实验平台包括：MMC子模块、直流驱动电源v_dc、脉冲信号源v_GET、直流控制电源v_c、负载、温度加热平台(图4中未示出)和示波器(图4中未示出)；所述MMC子模块包括第一IGBT器件Q_T、第二IGBT器件Q_B和电容器C；所述第一IGBT器件Q_T的集电极与所述直流驱动电源v_dc的正极连接，所述第一IGBT器件Q_T的发射极与所述第二IGBT器件Q_B的集电极连接，所述第二IGBT器件Q_B的发射极与所述直流驱动电源v_dc的负极连接；所述脉冲信号源v_GET的一端与所述第一IGBT器件Q_T的栅极连接，示例性的，脉冲信号源v_GET的一端与第一IGBT器件Q_T的栅极之间串联有第一限流电阻R_GT，所述脉冲信号源v_GET的另一端与所述第一IGBT器件Q_T的发射极连接；所述直流控制电源v_c的负极与所述第二IGBT器件Q_B的栅极连接，示例性的，所述直流控制电源v_c的负极与所述第二IGBT器件Q_B的栅极之间串联有第二限流电阻R_GB，所述直流控制电源v_c的正极与所述第二IGBT器件Q_B的发射极连接。所述负载的两端分别与所述第二IGBT器件Q_B的集电极和发射极连接；所述示波器与所述电容器C并联；所述温度加热平台用于对所述第一IGBT器件Q_T进行加热，使所述第一IGBT器件Q_T处于不同的结温条件下；所述示波器用于测量第一IGBT器件Q_T处于不同的结温条件下的电容器C的电压过充峰值，所述负载包括串联连接的负载电感L_load和负载电阻R_load。

一种MMC子模块状态在线监测系统，所述系统包括：

第一测量模块，用于测量MMC子模块的负载电流及在IGBT器件导通过程中电容器的电压变化量；所述MMC子模块包括电容器和IGBT器件，所述MMC子模块用于为负载供电。

容值计算模块，用于根据所述负载电流和所述电压变化量计算电容器的容值。根据所述负载电流和所述电压变化量计算电容器的容值的公式为：

其中，C表示电容器的容值，i_{C_t0}和i_{C_t1}分别为IGBT器件导通过程的起始时刻和结束时刻的负载电流，t₀和t₁分别为IGBT器件导通过程的起始时刻和结束时刻，ΔV_dc为电压变化量，T表示导通过程的时间。

第二测量模块，用于测量IGBT器件关断过程中的电容器的电压过充峰值。

结温计算模块，用于根据所述电压过充峰值计算IGBT器件的结温。

所述结温计算模块，具体包括：

结温计算子模块，用于根据所述电压过充峰值，利用电压过充峰值与IGBT器件的结温的线性关系，计算IGBT器件的结温。

示例性的，所述系统还包括：

双脉冲实验平台搭建模块，用于搭建MMC子模块的双脉冲实验平台；

实验模块，用于基于所述双脉冲实验平台，测量IGBT器件处于不同结温条件时的电容器的电压过充峰值；

线性关系确定模块，用于根据IGBT器件处于不同结温条件时的电容器的电压过充峰值确定所述线性关系。

示例性的，所述双脉冲实验平台包括：MMC子模块、直流驱动电源、脉冲信号源、直流控制电源、负载、温度加热平台和示波器；所述MMC子模块包括第一IGBT器件、第二IGBT器件和电容器；

所述第一IGBT器件的集电极与所述直流驱动电源的正极连接，所述第一IGBT器件的发射极与所述第二IGBT器件的集电极连接，所述第二IGBT器件的发射极与所述直流驱动电源的负极连接；所述脉冲信号源的一端与所述第一IGBT器件的栅极连接，所述脉冲信号源的另一端与所述第一IGBT器件的发射极连接；所述直流控制电源的负极与所述第二IGBT器件的栅极连接，所述直流控制电源的正极与所述第二IGBT器件的发射极连接。所述负载的两端分别与所述第二IGBT器件的集电极和发射极连接；所述示波器与所述电容器并联；所述温度加热平台用于对所述第一IGBT器件进行加热，使所述第一IGBT器件处于不同的结温条件；所述示波器用于测量第一IGBT器件处于不同的结温条件时的电容器的电压过充峰值。

实施例3

基于图2所示的原理图搭建如图4所示的双脉冲实验平台。负载电感L_load并联在下桥IGBT器件Q_B(即第二IGBT器件)两端，上桥IGBT器件Q_T(即第一IGBT器件)处于正常开通关断状态；Q_B其保持负压关断状态。双脉冲实验平台的参数如表1所示。利用温度加热台为Q_T加热，可在室温到200℃范围内调节。电容器充电电压V_C800V，负载电流I_L为350A，结温T_j为25℃的实验结果如图5所示。Q_T导通过程中，电容器向负载放电，ΔV_dc为52V。根据式(1)计算可得容值为0.401mF，基本与电容器标称值相同，误差在0.2％。在Q_T关断过程中，电容器电压产生明显的电压过充，过充峰值达到1012V，ΔV_pk为260V。

表1双脉冲实验平台相关参数

改变IGBT器件结温分别为25℃、50℃、75℃、100℃以及125℃的实验结果如图6所示，此时电容充电电压为800V，负载电流为350A。结温T_j升高，电流变化率di_C/dt减小，电容器的过充电压降低。如图7所示为ESL感应电压，即电压过充峰值ΔV_pk随结温T_j的变化关系，可见ΔV_pk随T_j升高近似线性降低。实验验证了所提方法的有效性。

本发明通过测量MMC子模块的电容器的电压，分别利用电容器充放电阶段的电压变化监测容值退化，IGBT器件关断过程中电容器的电压过充峰值监测器件结温。理论分析和实验结果验证了所提方法的有效性，并且容值和结温对监测互不影响。

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。

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行人员，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 (10)

1.一种MMC子模块状态在线监测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

测量MMC子模块的负载电流及在IGBT器件导通过程中电容器的电压变化量；所述MMC子模块包括电容器和IGBT器件，所述MMC子模块用于为负载供电；

根据所述负载电流和所述电压变化量计算电容器的容值；

测量IGBT器件关断过程中的电容器的电压过充峰值；

根据所述电压过充峰值计算IGBT器件的结温。

2.根据权利要求1所述的MMC子模块状态在线监测方法，其特征在于，根据所述负载电流和所述电压变化量计算电容器的容值的公式为：

其中，C表示电容器的容值，i_{C_t0}和i_{C_t1}分别为IGBT器件导通过程的起始时刻和结束时刻的负载电流，t₀和t₁分别为IGBT器件导通过程的起始时刻和结束时刻，ΔV_dc为电压变化量，T表示导通过程的时间。

3.根据权利要求1所述的MMC子模块状态在线监测方法，其特征在于，所述根据所述电压过充峰值计算IGBT器件的结温，具体包括：

根据所述电压过充峰值，利用电压过充峰值与IGBT器件的结温的线性关系，计算IGBT器件的结温。

4.根据权利要求3所述的MMC子模块状态在线监测方法，其特征在于，所述根据所述电压过充峰值，利用电压过充峰值与IGBT器件的结温的线性关系，计算IGBT器件的结温，之前还包括：

搭建MMC子模块的双脉冲实验平台；

基于所述双脉冲实验平台，测量IGBT器件处于不同结温条件时的电容器的电压过充峰值；

根据IGBT器件处于不同结温条件时的电容器的电压过充峰值确定所述线性关系。

5.根据权利要求4所述的MMC子模块状态在线监测方法，其特征在于，所述双脉冲实验平台包括：MMC子模块、直流驱动电源、脉冲信号源、直流控制电源、负载、温度加热平台和示波器；所述MMC子模块包括第一IGBT器件、第二IGBT器件和电容器；

所述第一IGBT器件的集电极与所述直流驱动电源的正极连接，所述第一IGBT器件的发射极与所述第二IGBT器件的集电极连接，所述第二IGBT器件的发射极与所述直流驱动电源的负极连接；

所述脉冲信号源的一端与所述第一IGBT器件的栅极连接，所述脉冲信号源的另一端与所述第一IGBT器件的发射极连接；

所述直流控制电源的负极与所述第二IGBT器件的栅极连接，所述直流控制电源的正极与所述第二IGBT器件的发射极连接；

所述负载的两端分别与所述第二IGBT器件的集电极和发射极连接；

所述示波器与所述电容器并联；

所述温度加热平台用于对所述第一IGBT器件进行加热，使所述第一IGBT器件处于不同的结温条件下；

所述示波器用于测量第一IGBT器件处于不同的结温条件下的电容器的电压过充峰值。

6.一种MMC子模块状态在线监测系统，其特征在于，所述系统包括：

第一测量模块，用于测量MMC子模块的负载电流及在IGBT器件导通过程中电容器的电压变化量；所述MMC子模块包括电容器和IGBT器件，所述MMC子模块用于为负载供电；

容值计算模块，用于根据所述负载电流和所述电压变化量计算电容器的容值；

第二测量模块，用于测量IGBT器件关断过程中的电容器的电压过充峰值；

结温计算模块，用于根据所述电压过充峰值计算IGBT器件的结温。

7.根据权利要求6所述的MMC子模块状态在线监测系统，其特征在于，根据所述负载电流和所述电压变化量计算电容器的容值的公式为：

其中，C表示电容器的容值，i_{C_t0}和i_{C_t1}分别为IGBT器件导通过程的起始时刻和结束时刻的负载电流，t₀和t₁分别为IGBT器件导通过程的起始时刻和结束时刻，ΔV_dc为电压变化量，T表示导通过程的时间。

8.根据权利要求6所述的MMC子模块状态在线监测系统，其特征在于，所述结温计算模块，具体包括：

结温计算子模块，用于根据所述电压过充峰值，利用电压过充峰值与IGBT器件的结温的线性关系，计算IGBT器件的结温。

9.根据权利要求8所述的MMC子模块状态在线监测系统，其特征在于，所述系统还包括：

双脉冲实验平台搭建模块，用于搭建MMC子模块的双脉冲实验平台；

实验模块，用于基于所述双脉冲实验平台，测量IGBT器件处于不同结温条件时的电容器的电压过充峰值；

线性关系确定模块，用于根据IGBT器件处于不同结温条件时的电容器的电压过充峰值确定所述线性关系。

10.根据权利要求9所述的MMC子模块状态在线监测系统，其特征在于，所述双脉冲实验平台包括：MMC子模块、直流驱动电源、脉冲信号源、直流控制电源、负载、温度加热平台和示波器；所述MMC子模块包括第一IGBT器件、第二IGBT器件和电容器；

所述第一IGBT器件的集电极与所述直流驱动电源的正极连接，所述第一IGBT器件的发射极与所述第二IGBT器件的集电极连接，所述第二IGBT器件的发射极与所述直流驱动电源的负极连接；

所述脉冲信号源的一端与所述第一IGBT器件的栅极连接，所述脉冲信号源的另一端与所述第一IGBT器件的发射极连接；

所述直流控制电源的负极与所述第二IGBT器件的栅极连接，所述直流控制电源的正极与所述第二IGBT器件的发射极连接；

所述负载的两端分别与所述第二IGBT器件的集电极和发射极连接；

所述示波器与所述电容器并联；

所述温度加热平台用于对所述第一IGBT器件进行加热，使所述第一IGBT器件处于不同的结温条件；

所述示波器用于测量第一IGBT器件处于不同的结温条件时的电容器的电压过充峰值。

Images