殷冠贤, 朱铭炼， 谢晔源，姜田贵

(南京南瑞继保电气有限公司，江苏 南京 211102)

0 引言

随着电力系统规模的日益扩大，统一潮流控制器(unified power flow controller，UPFC)被广泛应用于柔性交直流输电等场合。目前除了已投入使用的南京西环网UPFC示范工程，还有苏南UPFC工程等建设中的工程，对有效缓解能源负荷分布不均问题，增强我国电网构架起到积极的作用，获得了良好的社会效益和经济效益[1-9]。

UPFC换流阀使用最具有前景的模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)，其子模块具有承受高电压、大电流的特点，而子模块绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)的损耗和结温理论计算方法对其在MMC工程化应用中的热设计和选型非常重要。IGBT在MMC在稳态运行过程中的损耗计算是其结温计算的关键。目前计算MMC损耗主要有两种计算方法，第一种是利用仿真软件搭建模型来计算实时功率损耗，依靠模型搭建的准确性[10]，另一种是利用解析经验公式对MMC换流阀损耗进行计算，此法具有较大的优势[11-16]。

文中首先对MMC稳态运行时模块的电应力进行分析，其次，设计MMC阀子模块IGBT的损耗和结温的理论计算方法，最后进行了试验验证。

1 MMC工作原理

MMC拓扑如图1所示，MMC阀由3个相单元组成，每个相单元包含2个桥臂，每个桥臂包含一个桥臂电抗器L0和N个子模块(sub module，SM)。MMC在运行时，每个相单元根据调制电压决定上下桥臂投入的子模块数，为了持续输出稳定的直流电压Udc，每个相单元上下桥臂投入的子模块数总和固定为N。MMC子模块一般采用半桥拓扑，包含2个开关器件IGBT1(T1)和IGBT2(T2)，分别带有反并联寄生二极管D1和D2，开通子模块的T1，即投入，开通子模块的T2，即切出。……