[發(fā)明專利]一種同相供電系統(tǒng)潮流控制器動態(tài)可靠性評估方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710678679.3
• 申請日: 2017-08-10
• 公開（公告）號: CN107508281B
• 公開（公告）日: 2020-03-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳民武;宋雅琳;智慧;周應(yīng)東;朱遠(yuǎn)帆;馮祥;劉若飛
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;H02J3/06;G06Q50/06
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責(zé)任公司 51200
• 代理人: 張輝

1.一種同相供電系統(tǒng)潮流控制器動態(tài)可靠性評估方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：讀入牽引變電站的實測牽引負(fù)荷和PFC元件的相關(guān)參數(shù)，所述PFC元件包括絕緣柵雙極型晶體管IGBT、反向并聯(lián)二極管FWD、直流支撐電容C、串聯(lián)電抗器L和控制底板DB；

步驟2：結(jié)合PFC的調(diào)制方式和步驟1中相關(guān)參數(shù)，構(gòu)建IGBT功率模塊損耗模型以及熱網(wǎng)絡(luò)模型，將所建模型帶入負(fù)荷過程，計算得到IGBT功率模塊中IGBT與FWD的結(jié)溫；采用統(tǒng)計計數(shù)法得到結(jié)溫計算結(jié)果，提取熱循環(huán)以及每個熱循環(huán)的平均結(jié)溫幅值和結(jié)溫幅值波動；

所述計算IGBT功率模塊中IGBT與FWD的結(jié)溫具體為：

建立IGBT與FWD的導(dǎo)通損耗模型，表示為：

式中：m為調(diào)制比；為功率因數(shù)角；V_CE0、V_F0、r_CE、r_F分別為IGBT與FWD導(dǎo)通曲線的門限電壓與電阻；為功率模塊輸出電流的幅度；公式中“±”由IGBT模塊工作狀態(tài)決定，分別對應(yīng)逆變模式“+”和整流模式“-”；

IGBT與FWD的開關(guān)損耗模型表示為：

式中：E_on+off表示IGBT額定電壓、額定電流下的開通與關(guān)斷損耗之和；E_rr為FWD在額定電壓、額定電流下的反向恢復(fù)損耗；f_sw為開關(guān)頻率；I_out為功率模塊輸出電流的有效值；V_DC為PFC直流側(cè)的直流電壓；I_ref、U_ref、T_ref為開關(guān)損耗的參考參數(shù)；K_iT、K_vT、K_iD、K_vD分別為IGBT和FWD的開關(guān)損耗隨電流、電壓變化的指數(shù)系數(shù)；K_sw、K_r分別為IGBT和FWD開關(guān)損耗的溫度系數(shù)；

單個IGBT與FWD在一個輸出周期內(nèi)的總損耗模型分別為：

P_tot(T)＝P_c(T)+P_s(T) (5)

P_tot(D)＝P_c(D)+P_s(D) (6)

則PFC電網(wǎng)側(cè)的IGBT功率模塊的總損耗模型為：

P_total＝4×(P_tot(T)+P_tot(D)) (7)

IGBT和FWD的結(jié)溫計算為：

T_j(T)＝P_tot(T)×(R_th(j-c).T+R_th(c-s).T)+P_total×R_th(s-a)+T_a (8)

T_j(D)＝P_tot(D)×(R_th(j-c).D+R_th(c-s).D)+P_total×R_th(s-a)+T_a (9)

式中：T_a代表環(huán)境溫度；R_th(s-a)表示散熱器-環(huán)境之間的熱阻，R_th(j-c).T/D、R_th(c-s).T/D分別表示IGBT/FWD的截止層-殼體、殼體-散熱器之間的熱阻；

步驟3：采用基于失效機(jī)理的物理模型及線性疲勞損傷累計模型，計算得到IGBT功率模塊中IGBT和FWD的失效率；

步驟4：采用可靠性參數(shù)計算PFC中直流支撐電容C、串聯(lián)電抗器L以及控制底板DB的失效率；

步驟5：采用計及元件失效率變化的動態(tài)可靠性評估方法分析PFC的可靠性。