[發明專利]一種降低IGBT模塊壽命損耗的機車牽引力分配方法及裝置

有效

• 申請號: 202110111682.3
• 申請日: 2021-01-27
• 公開（公告）號: CN112896200B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 李學明;徐紹龍;甘韋韋;成正林;郭維;袁靖;彭輝;黃明明;廖亮;譚永光
• 申請（專利權）人: 株洲中車時代電氣股份有限公司
• 主分類號: B61C17/12
• 分類號: B61C17/12;B60L15/20
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陶玉龍;陸嘉

本發明涉及軌道交通裝備領域，更具體的說，涉及一種降低IGBT模塊壽命損耗的機車牽引力分配方法及裝置。本發明方法包括：離線設計流程，包括以下步驟，建立IGBT功率損耗計算所需的電參數模型，建立功率損耗模型、結溫模型和壽命損耗模型；在線實現流程，包括以下步驟，讀取區間規劃的整車牽引力及速度曲線；計算每種分配策略下的規劃牽引力和速度曲線；基于電參數模型、功率損耗模型、結溫模型及壽命損耗模型，計算各種分配策略下的壽命損耗值；選定壽命損耗值最小的分配策略，根據對應分配策略輸出相應的各軸牽引力進行牽引電機牽引。本發明可在滿足機車整車牽引力發揮前提下盡可能減少IGBT模塊壽命損耗，降低機車裝備生生命周期成本。

技術領域

本發明涉及軌道交通裝備領域，更具體的說，涉及一種降低IGBT模塊壽命損耗的機車牽引力分配方法及裝置。

背景技術

作為系統的核心部件，IGBT模塊的可靠性對系統的性能有著至關重要的作用。IGBT模塊可靠性問題的根源在于熱應力引起的材料機械變形。

在牽引變流器工作中，IGBT的通態損耗和開關損耗引起器件結溫上升，隨著輸出功率不同，損耗功率也不一樣，使器件不斷地經歷溫度循環過程。

相關研究表明，結溫變化幅值和平均結溫是決定IGBT模塊壽命的重要參數，IGBT壽命與不同結溫變化幅度和平均結溫下的溫度循環次數有關，可看作是結溫變化幅度和平均結溫的函數。

基于此原理，若能通過一定控制策略使機車運行過程中盡可能經歷少的溫度循環數，則可有效延長IGBT模塊使用壽命，提高運用可靠性。

發明內容

本發明的目的是提供一種降低IGBT模塊壽命損耗的機車牽引力分配方法及裝置，解決現有技術的IGBT模塊壽命損耗較高，可靠性較低的問題。

為了實現上述目的，本發明提供了一種降低IGBT模塊壽命損耗的機車牽引力分配方法，包括離線設計流程和在線實現流程：

所述離線設計流程，包括以下步驟，

基于電機機理模型、電機特性參數和相關試驗數據，建立IGBT功率損耗計算所需的電參數模型，所述電參數模型為與牽引電機牽引力、速度相關的關系模型；

基于IGBT相關參數測試數據，建立功率損耗模型、結溫模型和壽命損耗模型；

所述在線實現流程，包括以下步驟，

讀取區間規劃的整車牽引力及速度曲線；

根據機車牽引力分配策略，計算每種分配策略下的規劃牽引力和速度曲線；

基于離線設計得到的電參數模型、功率損耗模型、結溫模型及壽命損耗模型，計算各種分配策略下的壽命損耗值；

選定壽命損耗值最小的分配策略，根據對應分配策略輸出相應的各軸牽引力進行牽引電機牽引。

在一實施例中，所述在線實現流程中，區間規劃的整車牽引力及速度曲線通過自動駕駛機車的自動駕駛裝置獲取。

在一實施例中，所述自動駕駛機車的牽引力分配控制流程，包括以下步驟：

自動駕駛裝置，結合列車運行的線路數據對列車運行行程進行評估，自動規劃機車在前方區間的最優化目標速度曲線和整車牽引制動力設定曲線，并以目標工況和目標級位的形式發送給機車中央控制裝置；

機車中央控制裝置，結合目標工況將目標級位信息進行轉換成整車牽引制動力，并按各軸平均分配的方式將整車力分解成每軸牽引制動力，發送給本節機車對應的牽引控制單元；

牽引控制單元，接收到每軸設定力后，根據機車傳動比和輪徑信息將設定力轉換成對應的設定轉矩，并通過控制本軸牽引逆變器的IGBT脈沖，驅動牽引電機實現設定轉矩的實時閉環控制。