考慮功耗的同相補償變流器可靠性優(yōu)化分析

0 引言

近年來，在眉山同相供電方案基礎上發(fā)展而來的組合式同相供電使牽引供電和負序補償在結構上互相獨立，功能上相互結合，能夠將同相補償裝置的容量降到最低，實現(xiàn)同相補償裝置一次性投資最小的目標。作為同相補償裝置的核心組件，同相補償變流器的性能優(yōu)劣對組合式同相供電系統(tǒng)的可靠運行具有重要影響。

本文以5 MW同相補償變流器為例，建立其整流側和逆變側IGBT模塊結溫仿真模型，利用Bayerer可靠性評估模型和線性損傷累積理論，評估在不同運行方式下同相補償變流器的可靠性，并通過計算不同運行方式下組合式同相供電系統(tǒng)的功率損耗，探討系統(tǒng)功率損耗和同相補償變流器可靠性之間的關系。

1 同相補償變流器的損耗和結溫計算

牽引變電所設備主要由牽引變壓器TT和同相補償裝置CPD組成，其中同相補償裝置CPD由高壓匹配變壓器HMT、同相補償變流器ADA及牽引匹配變壓器TMT組成[1]。

1.1 同相補償變流器的結構

圖1為5 MW同相補償變流器的結構示意圖。整流側輸入電壓為10 kV，采用15級級聯(lián)結構；逆變側輸出電壓為680 V，采用多繞組升壓結構。

圖1 同相補償變流器結構

1.2 損耗計算

對于SPWM調制的單相兩電平變流器而言，IGBT和二極管在一個基頻周期內的通態(tài)損耗Pcd,IGBT和Pcd,D表示為[2]

式中，Vce0、Vf0分別為IGBT與二極管的正向導通壓降；rce、rf分別為IGBT與二極管的通態(tài)電阻；Im為流過IGBT的電流；M為調制度；cosa為功率因數。

IGBT和二極管在一個基頻周期內開關損耗Psw,IGBT與Psw,D表示為

式中，Eon與Eoff分別表示IGBT在額定情況下的開通和關斷能量損耗；……