CN206696349U - 一种mmc子模块加速寿命的试验电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种MMC子模块加速寿命的试验电路，试验电路为H桥型结构，其包括：设于H桥连接处的电感、分别与桥臂的两端相连的PWM波控制单元和电容，直流电源与桥臂一侧的两端并联。本实用新型的试验电路充分利用了加速寿命原理，提高了试验效率，节省时间。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力电子领域，具体涉及一种MMC子模块加速寿命的试验电路。
背景技术
柔性直流输电技术凭借在新能源并网、孤岛供电、非同步电网互联、多端直流输电以及城市配电网增容等领域中的独特优势，越来越广泛地被电力***采纳和应用。
随着柔性直流输电***电压等级及输送容量的提高，其关键设备——换流阀的可靠性就变得尤为重要。模块化多电平(MMC)方式的柔性直流输电换流阀由功率子模块组成，MMC子模块的可靠性与换流阀的可靠性密切相关。
MMC子模块加速寿命试验是研究MMC子模块可靠性的重要方法，较之长时间的寿命试验，加速寿命试验在不改变MMC子模块故障机制的前提下，提高试验应力，加速MMC子模块的故障进程，可以在短时间内获得MMC子模块的寿命信息，缩短试验时间,提高试验效率，降低试验成本，还有利于对MMC子模块进行可靠性评估。
IGBT是MMC子模块中的薄弱和关键点，IGBT寿命在很大程度上决定了MMC子模块的寿命。IGBT是触发型电力电子开关器件，其寿命又很大程度上取决于IGBT开通关断的次数。MMC子模块在长时间的运行过程中，IGBT不断的开通关断，当IGBT的开关次数超过其能力水平时，MMC子模块就会很快失效。但是现在的MMC子模块生产厂家在子模块出厂时的例行试验，常常忽略了MMC子模块的寿命试验。
因此，需要一种MMC子模块加速寿命试验电路以满足现有技术的需要。
实用新型内容
为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供一种MMC子模块加速寿命的试验电路，该试验电路为H桥结构，其包括：设于H桥连接处的电感、分别与桥臂的两端相连的PWM波控制单元和电容，直流电源与桥臂一侧的两端并联。
桥臂的两端分别设有MMC子模块；MMC子模块包括绝缘栅双极型晶体管及与绝缘栅双极型晶体管并联的二极管。
绝缘栅双极型晶体管的门极与PWM波控制单元相连；二极管的正极与绝缘栅双极型晶体管的发射极相连；二极管的负极与绝缘栅双极型晶体管的集电极相连。
PWM波控制单元包括：正弦波发生器、三角波发生器及分别接收正弦波发生器和三角波发生器信号的比较器；比较器的输出信号控制半桥臂中绝缘栅双极型晶体管的关断；输出信号取反后控制同侧另一半桥臂中绝缘栅双极型晶体管的关断。
与最接近的现有技术相比，本实用新型提供的技术方案具有以下有益效果：
1、本实用新型提供充分利用了加速寿命原理，提高了试验效率，节省了时间；
2、本实用新型提供可以测量MMC子模块在整个运行寿命下多次开通和关断的可靠性；
3、本实用新型提供实现了IGBT发热的等效性，摒弃了温度对寿命加速的影响。
4、本实用新型提供通过加快MMC子模块中的IGBT开关速率，来加速MMC子模块的故障机理并获得MMC子模块寿命信息。
附图说明
图1为本实用新型的试验电路示意图；
图2为本实用新型PWM波控制单元中的电路示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本实用新型的技术方案做进一步详细说明。
如图1所示的试验电路图，本实用新型将IGBT的开关次数作为加速应力，即通过加快IGBT的开关频率，两个月的加速老化试验等效IGBT在40年的运行工况，但同时将IGBT运行时的温度保持在MMC子模块正常运行状态。
以厦门柔直工程为例，IGBT开关频率在150-200HZ之间，设计寿命为40年，在两个月的时间内等效IGBT在40年的运行工况，根据加速寿命理论，试验IGBT开关速率为：40KHZ。当IGBT的开关频率增加时，其开关损耗也增加，伴随着温度也急剧上升。
IGBT的通态损耗如下式所示：
IGBT开关损耗如下式所示：
式中，NT为时间Ts内IGBT开通或关断的总次数；Eon,k和Eoff,k分别代表IGBT第k次开通时的能量和第k次关断时的能量，由IGBT开通和关断时刻的电流ion,T、ioff,T决定；U0和R0分别表示IGBT(即T1两端电压)和二极管的阈值电压和斜率电阻；Iav和Irms分别表示开关器件电流的平均值和有效值。
因此，IGBT模块的损耗主要由器件工作频率、器件开关特性和器件承受的电流应力决定。
本实用新型中由于将IGBT的开关频率提高，其开关损耗会显著增加，温度也会明显上升，而温度上升将导致寿命加速试验引入温度这个温度的影响，从而无法客观的反映高频开通、关断对寿命加速的影响。
由以上分析可知，为了维持温度在正常运行工况下进行试验，可以通过减小流过MMC子模块的电流，以保证试验的等效性。在本试验通过并联小电阻分流的方式来减小流过IGBT的电流，实现MMC子模块与正常工作状况相同的工作温度。MMC阀损耗产生的热量，其表现形式为温度。
本实用新型的试验电路包括：直流电源、PWM波控制单元、MMC子模块、电感及电容。直流电源摸拟MMC子模块运行工况中所承受的电压，PWM波控制单元用来触发IGBT关断。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本实用新型的权利要求保护范围之内。
Claims (4)
1.一种MMC子模块加速寿命的试验电路，所述试验电路为H桥结构，其特征在于，所述试验电路包括：
设于H桥连接处的电感、分别与桥臂的两端相连的PWM波控制单元和电容，所述桥臂一侧的两端并联有直流电源。
2.如权利要求1所述的试验电路，其特征在于，所述桥臂的两端分别设有MMC子模块；
所述MMC子模块包括绝缘栅双极型晶体管及与所述绝缘栅双极型晶体管并联的二极管。
3.如权利要求2所述的试验电路，其特征在于，
所述绝缘栅双极型晶体管的门极与所述PWM波控制单元相连；所述二极管的正极与所述绝缘栅双极型晶体管的发射极相连；所述二极管的负极与所述绝缘栅双极型晶体管的集电极相连。
4.如权利要求3所述的试验电路，其特征在于，所述PWM波控制单元包括：正弦波发生器、三角波发生器及分别接收所述正弦波发生器和所述三角波发生器信号的比较器；
所述比较器的输出信号控制半桥臂中所述绝缘栅双极型晶体管的关断；
所述输出信号取反后控制同侧另一半桥臂中所述绝缘栅双极型晶体管的关断。
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| CN108414856A (zh) * | 2018-02-26 | 2018-08-17 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 模块化多电平换流器的子模块电容器的寿命评估方法及装置 |
| CN110456201A (zh) * | 2019-08-21 | 2019-11-15 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | Mmc子模块的功率循环加速试验装置及其控制方法 |
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| CN108414856B (zh) * | 2018-02-26 | 2020-07-28 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 模块化多电平换流器的子模块电容器的寿命评估方法及装置 |
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