[發明專利]一種光伏變換器功率器件的壽命檢測方法

在審

• 申請號: 202011418237.3
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112487651A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 伍靖媛;王學梅;聞建中;羅益榮;蔣秀;高垣
• 申請（專利權）人: 廣東電網有限責任公司江門供電局
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/04
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 劉瑤云

1.一種光伏變換器功率器件的壽命檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：搭建具有MPPT功能的光伏Boost變換器的MATLAB/Simulink仿真模型；

S2：根據時間常數劃分時間尺度，建立不同時間尺度下的功率模塊的電熱模型；

S3：根據電熱模型并基于焊接層疲勞的失效形式建立壽命預測模型，采用Coffin-Manson-Arrhenius模型進行IGBT壽命預測。

2.根據權利要求1所述的光伏變換器功率器件的壽命檢測方法，其特征在于，所述步驟S2包括對IGBT功率模塊在小時間尺度下以及大時間尺度下的熱循環進行分析。

3.根據權利要求2所述的光伏變換器功率器件的壽命檢測方法，其特征在于，所述S2中，對IGBT功率模塊在小時間尺度下的熱循環進行分析主要包括以下步驟：

s21：在MATLAB/simulink中搭建用于1至3分鐘仿真運行的IGBT功率損耗模型和熱模型；

s22：將功率損耗模型和熱模型結合起來，得到IGBT模塊在小時間尺度下的電熱模型；

s23：以步驟s22中的電熱模型進行時間為1～3min的運行仿真。

4.根據權利要求3所述的光伏變換器功率器件的壽命檢測方法，其特征在于，所述S2中，對IGBT功率模塊在大時間尺度下的熱循環進行分析主要包括以下步驟：

s201：在MATLAB/simulink中搭建用于模擬1～3年實際工況運行的IGBT功率損耗模型和熱模型；

s202：在1～3年的時間里，將每30分鐘設為一個狀態，共有17520～52560個狀態，視這一系列狀態均為穩定運行狀態，在每一個狀態里，采集一組光照強度和溫度的數據，作為光伏陣列的輸入參數，通過仿真可得到這個狀態下Boost變換器的輸入電流、輸出電壓、輸入電壓的平均值；

s203：利用公式計算所對應的這一個狀態里，IGBT和二極管的開關損耗和導通損耗的平均值；

s204：計算完功率損耗以后，使用熱阻R_th計算在穩定運行狀態下的溫度；

s205：使用反復迭代計算的方法，求出某一狀態下的結溫和功率損耗。

5.根據權利要求2所述的光伏變換器功率器件的壽命檢測方法，其特征在于，在所述步驟S2中，所述功率損耗模型：根據IGBT模塊器件手冊上的IGBT的輸出特性曲線、IGBT的開關損耗曲線、二極管的正向偏壓特性曲線、二極管的開關損耗曲線制成查找表，將光伏Boost變換器中IGBT模塊工作運行時相應的實時參數輸入到查找表中，可計算得出得到實時功率損耗。

6.根據權利要求5所述的光伏變換器功率器件的壽命檢測方法，其特征在于，所述熱模型：擬合一個四階Foster熱網絡模型，來獲取IGBT模塊的結溫，Foster模型中的熱阻根據器件手冊上的熱阻抗特性曲線來提取。

7.根據權利要求4所述的光伏變換器功率器件的壽命檢測方法，其特征在于，在所述步驟s203中，所述計算公式為：

其中，Psw(T)為IGBT的開關損耗，且Psw(T)＝Pon(T)+Poff(T)；DC(T)為IGBT的占空比，且DC(T)＝ton/T＝1-Vin/Vout；Psw(D)為二極管的開關損耗，且Psw(D)＝Poff(D)；DC(D)為二極管的占空比，且DC(D)＝1-DC(T)；Iin為輸入電流；Vout為輸出電壓；Tj為結溫；fsw為開關頻率；TCv、TCr為正向導通特性曲線的溫度系數。