考慮功耗的同相補償變流器可靠性優化分析

0 引言

近年來，在眉山同相供電方案基礎上發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劣對組合式同相供電系統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的功率損耗，探討系統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；……