[發明專利]一種牽引變流器器件結溫在線計算方法及系統

有效

• 申請號: 201810490961.3
• 申請日: 2018-05-21
• 公開（公告）號: CN108649807B
• 公開（公告）日: 2019-08-30
• 發明（設計）人: 桂衛華;楊超;彭濤;周璐;陽春華;張境容;陳志文;陶宏偉
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: H02M5/458
• 分類號: H02M5/458;H02M7/5387
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 何湘玲

本發明涉及電力電子技術領域，公開了一種牽引變流器器件結溫在線計算方法及系統，以實現三電平牽引變流器變頻調速系統中關鍵器件結溫波動的在線計算，進一步檢測器件的健康，保證系統的穩定性和魯棒性；針對牽引變流器目標橋臂上的目標器件，建立目標器件功率損耗與交流側電流及驅動控制信號之間的第一關系模型；建立目標器件的當前周期的通斷功耗與上一周期結溫之間的第二關系模型、以及目標器件當前周期的通態功耗與上一周期結溫之間的第三關系模型；在非第一周期的其他周期內，計算該周期所對應的目標器件到所在外殼之間的第一等效熱阻抗、以及目標器件由外殼到外部環境網絡之間的第二等效熱阻抗；然后計算目標器件在該周期的結溫值。

技術領域

本發明涉及電力電子技術領域，尤其涉及一種牽引變流器器件結溫在線計算方法及系統。

背景技術

牽引傳動系統被譽為軌道交通裝備的“心臟”，不僅是整個軌道交通裝備的核心動力單元，更是其運行安全的關鍵系統之一，對牽引傳動系統中關鍵器件的健康監測至關重要。牽引傳動系統由牽引變壓器、牽引變流器等主電路設備，以及牽引電機等裝置構成，其中，牽引變流器包括脈沖整流器、中間直流環節以及牽引逆變器。因此，牽引變流器是這枚“心臟”的“起搏器”，由于長期在高溫、高壓等惡劣的工作環境下，牽引變流器是牽引傳動系統的高發故障源。牽引變流器中關鍵器件，主要是開關管和二極管的性能退化帶來的安全隱患若不能及時監測到并得到及時正確的處理，都有可能引發器件的損壞失效，進而導致系統發生連鎖事故。因此，保證牽引變流器及其關鍵器件安全可靠地工作不僅是確保牽引傳動系統安全運行的關鍵，也是確保軌道交通裝備安全運行的關鍵。

由開關管和二極管的失效機理分析可知，55％以上的失效原因與器件的結溫波動有關，即，器件結溫的頻繁波動將加速器件鍵合線脫落和焊料層出現空穴等老化問題，進而引起器件的性能退化，最后導致器件的損壞失效。因此，對關鍵器件進行結溫波動的在線監測將為器件剩余壽命、老化程度的估計和失效機理的分析提供了重要的數據支撐。目前，直接在線測量開關管和二極管的結溫的方案大多需要增加額外的測溫傳感器或模塊，雖然精度較高，但成本也較高，且不符合當下及未來工業界對關鍵器件輕量化和集成化設計的需求。因此，建立系統中關鍵器件的功耗和結溫等模型，通過系統中已有的傳感器模塊，間接評估器件結溫波動成為一種有效的途徑。但目前的研究成果主要為兩電平的變流器拓撲結構，且集中于恒頻工況和采用正弦脈寬調制(SinusoidalPulse Width Modulation，SPWM)策略的應用環境，如風力發電，電網能量傳輸等，難以適用于三電平，變頻調速工況和采用空間矢量脈寬調制(Space Vector Pulse Width Modulation，SVPWM)策略的應用環境，如CRH2型高速列車牽引傳動系統即為變頻調速系統，采用的三電平牽引變流器拓撲，其中，脈沖整流器采用SPWM調制策略，牽引逆變器采用SVPWM調制策略。

因此，現需提供一種能實現三電平牽引變流器變頻調速系統中關鍵器件結溫波動的在線計算與監測的牽引變流器器件結溫在線計算方法及系統。

發明內容

本發明目的在于提供一種牽引變流器器件結溫在線計算方法及系統，以實現三電平牽引變流器變頻調速系統中關鍵器件結溫波動的在線計算，進一步檢測器件的健康，保證系統的穩定性和魯棒性。

為實現上述目的，本發明提供了一種牽引變流器器件結溫在線計算方法，包括以下步驟：

針對牽引變流器目標橋臂上的目標器件，建立所述目標器件功率損耗與交流側電流及驅動控制信號之間的第一關系模型；所述目標器件為二極管或開關管，所述功率損耗包括通斷功耗和通態功耗；

考慮電熱耦合，建立所述目標器件的當前周期的通斷功耗與上一周期結溫之間的第二關系模型、以及所述目標器件當前周期的通態功耗與上一周期結溫之間的第三關系模型；