【摘 要】
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模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter,MMC）是柔性直流（Flexible-HVDC）输电常用的一种电压源型换流器（Voltage Source Converter,VSC）,其具有开关频率低、拓展性强、电能质量高、制造难度小等优势,是学术界和工业界热门研究对象。为了保障换流器安全稳定运行,对其进行寿命评估有着重要意义。另外,元器件的劣化状况严重制约着MMC
【基金项目】
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国防重点实验室开放基金（ZHD201804）
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模块化多电平换流器（Modular Multilevel Converter,MMC）是柔性直流（Flexible-HVDC）输电常用的一种电压源型换流器（Voltage Source Converter,VSC）,其具有开关频率低、拓展性强、电能质量高、制造难度小等优势,是学术界和工业界热门研究对象。为了保障换流器安全稳定运行,对其进行寿命评估有着重要意义。另外,元器件的劣化状况严重制约着MMC的使用寿命,工程上需要相关方法措施用以改善元器件的寿命。除此之外,硬件控制电路是MMC正常运行的核心,却少有对其可靠性和热管理的相关研究。因此,本文以MMC寿命评估,子模块（Sub-module,SM）热管理,硬件控制电路热管理分析作为研究的切入点,本文所开展的研究工作有:（1）介绍了两种基于多物理场耦合的子模块寿命评估方法。第一种方法采取有限元映射法对子模块进行有限元三维建模,根据MMC运行参数和任务剖面进行离线子模块寿命分析。第二种使用物理模型解析法对子模块元器件建立热模型,基于累计疲劳损伤和寿命模型进行寿命评估。通过分析发现绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）是制约子模块寿命的关键元器件。（2）提出了一种MMC热管理方法,即累计疲劳损伤平衡控制算法。该算法基于元件的累计疲劳损伤,反馈至控制终端以分配子模块的工作状态并生成触发脉冲,最终达到平衡元器件疲劳损伤,延长子模块寿命的效果。最后,在案例研究中验证并讨论了所提算法的有效性。（3）硬件控制电路是决定MMC正常工作的关键,采用元器件计数预计法对控制电路进行可靠性评估。分别基于冗余情况和电-热应力对器件进行热管理分析,通过分析提出从电-热应力,环境温度,温度波动这三个方面改善器件失效率的热管理方法。
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