[發(fā)明專(zhuān)利]一種光伏變換器功率器件的壽命檢測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011418237.3
• 申請(qǐng)日: 2020-12-07
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112487651A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 伍靖媛;王學(xué)梅;聞建中;羅益榮;蔣秀;高垣
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門(mén)供電局
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/20
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/20;G06F119/04
• 代理公司: 廣州粵高專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 劉瑤云

本發(fā)明涉及光伏變電器功率器件領(lǐng)域，更具體地，涉及一種光伏變換器功率器件的壽命檢測(cè)方法。通過(guò)搭建一個(gè)帶有MPPT功能的光伏Boost變換器的MATLAB/Simulink仿真模型，把光伏系統(tǒng)氣溫、輻照度的變化和功率模塊熱容的暫態(tài)過(guò)程結(jié)合起來(lái)進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)，根據(jù)一年期間的實(shí)際運(yùn)行工況，將年結(jié)溫曲線(xiàn)(大載荷)以及分鐘結(jié)溫曲線(xiàn)(小載荷)的影響變量相結(jié)合，使用反復(fù)迭代計(jì)算的方法，采用雨流計(jì)數(shù)法來(lái)統(tǒng)計(jì)各載荷循環(huán)次數(shù)，通過(guò)計(jì)算各載荷循環(huán)至功率模塊失效時(shí)所對(duì)應(yīng)的次數(shù)，用Miner模型計(jì)算功率模塊的疲勞損傷程度，提高IGBT壽命預(yù)測(cè)的速度和準(zhǔn)確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光伏變電器功率器件領(lǐng)域，更具體地，涉及一種光伏變換器功率器件的壽命檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

IGBT功率器件廣泛應(yīng)用于各類(lèi)電力電子裝置。當(dāng)IGBT在工作時(shí)，其開(kāi)通、關(guān)斷、導(dǎo)通等過(guò)程，導(dǎo)致了溫度升高和熱應(yīng)力形變。當(dāng)長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，在溫度變化不斷重復(fù)作用下，IGBT會(huì)產(chǎn)生失效或疲勞效應(yīng)。變換器功率器件在獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)中占有重要地位，根據(jù)實(shí)際使用情況的統(tǒng)計(jì)，功率器件故障是引起發(fā)電系統(tǒng)失效的重要原因之一，對(duì)其進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)有重要意義。現(xiàn)有功率器件的壽命預(yù)測(cè)方法都是針對(duì)固定工況的，而光伏系統(tǒng)隨著氣候和日照等情況有較大變化，這種變化在一定程度上影響了功率器件的壽命。

公開(kāi)號(hào)CN108037440B的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種柔性直流輸電模塊化多電平換流器子模塊IGBT的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)方法，通過(guò)對(duì)模塊化多電平換流器橋臂中各IGBT通態(tài)電阻RCE的增大百分比A評(píng)估模塊化多電平換流器橋臂中各IGBT的剩余使用壽命及老化程度，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)模塊化多電平換流器中IGBT的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。但在線(xiàn)監(jiān)控的方法無(wú)法提前對(duì)器材進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)，在實(shí)際使用中在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的成本較高，對(duì)大量全方位器件監(jiān)控容易帶來(lái)成本過(guò)高和無(wú)法提前預(yù)估器材使用壽命的導(dǎo)致電力系統(tǒng)出現(xiàn)大范圍故障的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法提前對(duì)變換器功率器件進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)的問(wèn)題，提供一種光伏變換器功率器件的壽命檢測(cè)方法，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(jù)時(shí)間常數(shù)劃分時(shí)間尺度，建立不同時(shí)間尺度下的功率模塊的電熱模型；

S3：根據(jù)電熱模型并基于焊接層疲勞的失效形式建立壽命預(yù)測(cè)模型，采用Coffin-Manson-Arrhenius模型進(jìn)行IGBT壽命預(yù)測(cè)。

本技術(shù)針對(duì)光伏變換器功率器件的實(shí)際工況，對(duì)功率器件進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)，根據(jù)一年期間的實(shí)際運(yùn)行工況，將年結(jié)溫曲線(xiàn)(大載荷)以及分鐘結(jié)溫曲線(xiàn)(小載荷)的影響變量相結(jié)合，采用多時(shí)間尺度的方法進(jìn)行功率器件的壽命預(yù)測(cè)，提高壽命預(yù)測(cè)的速度和準(zhǔn)確性。

優(yōu)選地，所述步驟S2包括對(duì)IGBT功率模塊在小時(shí)間尺度下以及大時(shí)間尺度下的熱循環(huán)進(jìn)行分析。在本技術(shù)方案中，對(duì)實(shí)際工況下的光伏發(fā)電系統(tǒng)中變換器的功率器件進(jìn)行壽命預(yù)測(cè)時(shí)，既要考慮輻照度和氣溫變化的影響，又要考慮熱容暫態(tài)過(guò)程的影響，即需要兼顧考慮大載荷和小載荷。

優(yōu)選地，所述S2中，對(duì)IGBT功率模塊在小時(shí)間尺度下的熱循環(huán)進(jìn)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(yùn)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(jié)合起來(lái)，得到IGBT模塊在小時(shí)間尺度下的電熱模型；

s23：以步驟s22中的電熱模型進(jìn)行時(shí)間為1～3min的運(yùn)行仿真。

優(yōu)選地，所述S2中，對(duì)IGBT功率模塊在大時(shí)間尺度下的熱循環(huán)進(jìn)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(shí)際工況運(yùn)行的IGBT功率損耗模型和熱模型；