大容量电力电子变换系统电磁瞬态分析方法

摘要

本发明公开了电力电子变换和控制技术领域中的一种大容量电力电子变换系统电磁瞬态分析方法。包括：大容量电力电子变换系统执行一次保护动作，采集所述变换系统执行保护动作前后的系统参数，确定所述变换系统安全工作区；提取交换系统的杂散参数，进而确定交换系统的瞬态母排结构；根据所述母排结构以及杂散参数确定半导体开关器件门极驱动信号的反馈控制设定值；根据所述半导体开关器件门极驱动信号的反馈控制设定值确定交换系统的延迟时间，最后确定在系统安全工作区的延迟时间。本发明将原有器件安全工作区推广到系统安全工作区，将原有集中参数拓扑结构扩展到考虑杂散参数的主电路结构，将原有信号级脉冲调制算法推广到主电路脉冲控制策略。

主权项

1.一种大容量电力电子变换系统电磁瞬态分析方法，其特征是所述方法包括：步骤1：大容量电力电子变换系统执行一次保护动作，采集所述变换系统执行保护动作前后的系统参数，确定所述变换系统安全工作区；具体包括：步骤1.1：在发生故障的时刻t采集变换系统母排电压v_DC(t)、母排电流i_DC(t)和IGBT器件集射极电压v_CE(t)；步骤1.2：经过延迟控制Δt后，在时刻t+Δt变换系统执行关断动作，同时采集时刻t+Δt变换系统的IGBT器件集射极电压v_CE(t+Δt)和变换系统的电流i_C(t+Δt)；步骤1.3：确定时刻t和时刻t+Δt变换系统的母排电压和母排电流之间的关系以及母排电压和母排电流的极限条件；其中：时刻t和时刻t+Δt变换系统的母排电压和母排电流之间的关系为$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{DC}}(t+\mathrm{\Delta t})=i_{\mathrm{DC}}\left(t\right)+\frac{{\mathrm{di}}_{\mathrm{DC}}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}·\mathrm{\Delta t}+\frac{{\mathrm{dv}}_{\mathrm{DE}}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}·C_{\mathrm{res}}\\ v_{\mathrm{DC}}(t+\mathrm{\Delta t})=v_{\mathrm{DC}}\left(t\right)+\frac{{\mathrm{dv}}_{\mathrm{DC}}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}·\mathrm{\Delta t}\end{array}\right.,$i_DC(t)为时刻t+Δt母排电流，v_DC(t)为时刻t+Δt母排电压,C_res为IGBT器件的反向传输电容；母排电压和母排电流的极限条件为$\left\{\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{DC}}\left(t\right)+\frac{{\mathrm{di}}_{\mathrm{DC}}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}·\mathrm{\Delta t}+\frac{{\mathrm{dv}}_{\mathrm{CE}}(t+\mathrm{\Delta t})}{\mathrm{dt}}·C_{\mathrm{res}}\le I_{\lim }\left(T_j\right)\\ v_{\mathrm{DC}}\left(t\right)+\frac{{\mathrm{dv}}_{\mathrm{DC}}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}·\mathrm{\Delta t}+\frac{{\mathrm{di}}_C(t+\mathrm{\Delta t})}{\mathrm{dt}}·(L_{\mathrm{DC}}+2L_{\sigma })\le U_{\lim }\left(T_j\right)\end{array}\right.,$L_DC为变换系统直流母线换流回路杂散电感,L_σ为IGBT器件内部的杂散电感,I_lim(T_j)为IGBT器件所承受的最大极限电流,U_lim(T_j)为IGBT器件所承受的最大极限电压,T_j为IGBT器件结温，j为IGBT器件中的PN结代号；步骤1.4：引入软短路和硬短路条件，并对和作近似线性化处理；所述软短路条件为$v_{\mathrm{DC}}\left(t\right)-(L_{\mathrm{DC}}+\frac{3}{2}{L}_{\sigma }+\frac{3}{2}{L}_{\mathrm{ls}})·\frac{{\mathrm{di}}_{\mathrm{DC}}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}=0,$L_ls为负载漏感；所述硬短路条件为$v_{\mathrm{DC}}\left(t\right)-(L_{\mathrm{DC}}+2L_{\sigma }+L_{\mathrm{SC}})·\frac{{\mathrm{di}}_{\mathrm{DC}}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}=0,$L_SC为变换系统输出端短路电感；对作近似线性化处理是指令t_f为IGBT器件关断下降时间；对作近似线性化处理是指令步骤1.5：忽略根据时刻t和时刻t+Δt变换系统的母排电压和母排电流之间的关系、母排电压和母排电流的极限条件、软短路和硬短路条件以及近似线性化处理后的和得到所述变换系统安全工作区为$\left\{\begin{array}{c}{A}_{\mathrm{RB}}\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{DC}}\left(t\right)\\ v_{\mathrm{DC}}\left(t\right)\end{array}\right)\le \left(\begin{array}{c}{I}_{\lim \_\mathrm{RB}}\left(T_j\right)\\ U_{\lim }\left(T_j\right)\end{array}\right)\\ A_{\mathrm{SC}}\left(\begin{array}{c}{i}_{\mathrm{DC}}\left(t\right)\\ v_{\mathrm{DC}}\left(t\right)\end{array}\right)\le \left(\begin{array}{c}{I}_{\lim \_\mathrm{SC}}\left(T_j\right)\\ U_{\lim }\left(T_j\right)\end{array}\right)\end{array}\right.,$A_RB和A_SC分别为系数矩阵，且$A_{\mathrm{RB}}=\left(\begin{array}{cc}1& \frac{\mathrm{\Delta t}}{L_{\mathrm{DC}}+\frac{3}{2}{L}_{\sigma }+\frac{3}{2}{L}_{\mathrm{ls}}}+\frac{0.8C_{\mathrm{res}}}{t_f}\\ \frac{0.8(L_{\mathrm{DC}}+2L_{\sigma })}{t_f}& 1+\frac{0.8\mathrm{\Delta t}(L_{\mathrm{DC}}+2L_{\sigma })}{t_f(L_{\mathrm{DC}}+\frac{3}{2}{L}_{\sigma }+\frac{3}{2}{L}_{\mathrm{ls}})}+\frac{0.64(L_{\mathrm{DC}}+2L_{\sigma })C_{\mathrm{res}}}{t_f^2}\end{array}\right),$$A_{\mathrm{SC}}=\left(\begin{array}{cc}1& \frac{\mathrm{\Delta t}}{L_{\mathrm{DC}}+\frac{3}{2}{L}_{\sigma }+\frac{3}{2}{L}_{\mathrm{SC}}}+\frac{0.8C_{\mathrm{res}}}{t_f}\\ \frac{0.8(L_{\mathrm{DC}}+2L_{\sigma })}{t_f}& 1+\frac{0.8\mathrm{\Delta t}(L_{\mathrm{DC}}+2L_{\sigma })}{t_f(L_{\mathrm{DC}}+\frac{3}{2}{L}_{\sigma }+\frac{3}{2}{L}_{\mathrm{SC}})}+\frac{0.64(L_{\mathrm{DC}}+2L_{\sigma })C_{\mathrm{res}}}{t_f^2}\end{array}\right),$I_{lim_RB}(T_j)为IGBT器件反偏置安全工作区的极限电流，I_{lim_SC}(T_j)为IGBT器件短路安全工作区的极限电流；步骤2：由所述变换系统安全工作区，提取变换系统的杂散参数，进而确定变换系统的瞬态母排结构；步骤3：根据所述母排结构以及杂散参数确定IGBT器件门极驱动信号的反馈控制设定值；步骤4：根据所述IGBT器件门极驱动信号的反馈控制设定值确定变换系统的延迟时间，最后确定在系统安全工作区的延迟时间。