[發(fā)明專利]一種低電壓穿越工況下的IGBT結(jié)溫估算方法、系統(tǒng)及介質(zhì)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110571133.4
• 申請(qǐng)日: 2021-05-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113343447B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔昊楊;周夢(mèng)凡;彭道剛;陳磊;江超;朱武;江友華;胡安鐸;邵潔;唐忠
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海電力大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F30/18;H02J3/38;G06F119/08
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 葉敏華

本發(fā)明涉及一種低電壓穿越工況下的IGBT結(jié)溫估算方法、系統(tǒng)及介質(zhì)，方法包括：將變流器的功率曲線以瞬態(tài)畸變功率持續(xù)時(shí)間t_LVRT為時(shí)間粒度進(jìn)行離散，將離散功率與IGBT模塊各層的熱時(shí)間常數(shù)相匹配；通過(guò)連續(xù)化處理得到連續(xù)熱網(wǎng)表達(dá)；將離散功率與連續(xù)熱網(wǎng)表達(dá)進(jìn)行匹配，得到重構(gòu)熱網(wǎng)絡(luò)模型；基于重構(gòu)熱網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算IGBT模塊結(jié)溫。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過(guò)離散?連續(xù)?離散的方式，得到了低電壓穿越時(shí)間尺度相匹配的重構(gòu)熱網(wǎng)絡(luò)模型，再基于重構(gòu)熱網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算低電壓穿越工況下的IGBT模塊結(jié)溫，能夠在小時(shí)間尺度下估測(cè)IGBT模塊的暫態(tài)結(jié)溫，提高了低電壓穿越工況下IGBT模塊的結(jié)溫快速檢測(cè)能力，為改進(jìn)低電壓穿越策略提供結(jié)溫依據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種IGBT結(jié)溫預(yù)測(cè)方法，尤其是涉及一種低電壓穿越工況下的IGBT結(jié)溫估算方法、系統(tǒng)及介質(zhì)。

背景技術(shù)

IGBT模塊是變流器的核心器件，直接影響變流器的運(yùn)行可靠性，結(jié)溫是IGBT模塊的一個(gè)狀態(tài)參量，模塊運(yùn)行時(shí)的結(jié)溫水平對(duì)模塊運(yùn)行安全至關(guān)重要。公開(kāi)號(hào)為CN110569529A的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)了一種基于自適應(yīng)傳熱角度優(yōu)化的功率器件結(jié)溫估計(jì)方法，提高了熱網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)溫估計(jì)的準(zhǔn)確性，公開(kāi)號(hào)為CN111931402A的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)了一種焊料老化狀態(tài)下IGBT模塊結(jié)溫估計(jì)方法，基于Cauer熱網(wǎng)絡(luò)模型與反饋結(jié)溫實(shí)時(shí)估計(jì)IGBT模塊結(jié)溫，但是，這些結(jié)溫估計(jì)方法未考慮低電壓穿越工況下變流器IGBT模塊的結(jié)溫狀況。

低電壓穿越即當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障引起電網(wǎng)電壓跌落時(shí)，新能源發(fā)電機(jī)組需要維持一段時(shí)間與電網(wǎng)連接而不解列，并在這一段過(guò)程中向電網(wǎng)提供一定的無(wú)功功率，以支持電網(wǎng)電壓的恢復(fù)，直至電網(wǎng)恢復(fù)正常，從而“穿越”這個(gè)低電壓時(shí)間或區(qū)域。新能源發(fā)電機(jī)組在低電壓穿越過(guò)程中，發(fā)電機(jī)組輸入輸出功率失衡及電壓跌落瞬間過(guò)大的暫態(tài)反電動(dòng)勢(shì)，使得變流器的IGBT模塊承受高電壓、過(guò)電流，導(dǎo)致IGBT結(jié)溫升高，帶來(lái)了模塊過(guò)溫失效隱患；而且結(jié)溫大幅波動(dòng)產(chǎn)生的熱應(yīng)力也是導(dǎo)致焊料層失效和鋁鍵合線脫落的主要原因，造成IGBT模塊可靠性降低；同時(shí)，新能源發(fā)電機(jī)組在電網(wǎng)電壓三相不對(duì)稱跌落的情況下，要保證暫態(tài)過(guò)程結(jié)束后機(jī)組在不對(duì)稱電網(wǎng)下高性能運(yùn)行。因此，對(duì)新能源發(fā)電機(jī)組低電壓穿越過(guò)程中IGBT模塊的結(jié)溫變化規(guī)律進(jìn)行研究，對(duì)制定合理有效的結(jié)溫抑制策略及提升風(fēng)電機(jī)組變流器運(yùn)行過(guò)程中的可靠性有重要意義。

現(xiàn)有技術(shù)中，王志浩等在太陽(yáng)能學(xué)報(bào)上發(fā)表了“雙饋風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越工況下變流器IGBT結(jié)溫升高的抑制策略研究”，采用基于電-熱耦合模型的傳統(tǒng)結(jié)溫估測(cè)技術(shù)，研究雙饋風(fēng)電機(jī)組在低電壓穿越工況下IGBT模塊的功率損耗和結(jié)溫變化規(guī)律。但是，低電壓穿越的時(shí)間尺度小至百ms級(jí)，在暫態(tài)工況下使用傳統(tǒng)結(jié)溫估測(cè)技術(shù)進(jìn)行IGBT結(jié)溫估測(cè)時(shí)，由于時(shí)間尺度失配造成結(jié)溫估測(cè)時(shí)滯，估測(cè)偏差較大，達(dá)到100℃以上，因此，亟需一種小時(shí)間尺度下的暫態(tài)結(jié)溫估測(cè)技術(shù)，以提高突變結(jié)溫快速檢測(cè)能力，進(jìn)而為改進(jìn)低電壓穿越策略提供結(jié)溫依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種低電壓穿越工況下的IGBT結(jié)溫估算方法、系統(tǒng)及介質(zhì)，通過(guò)離散-連續(xù)-離散的方式，得到了低電壓穿越時(shí)間尺度相匹配的重構(gòu)熱網(wǎng)絡(luò)模型，再基于重構(gòu)熱網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算低電壓穿越工況下的IGBT模塊結(jié)溫，能夠在小時(shí)間尺度下估測(cè)IGBT模塊的暫態(tài)結(jié)溫，提高了低電壓穿越工況下IGBT模塊的結(jié)溫快速檢測(cè)能力，為改進(jìn)低電壓穿越策略提供結(jié)溫依據(jù)。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：

一種低電壓穿越工況下的IGBT結(jié)溫估算方法，包括以下步驟：

S1：獲取IGBT模塊的材料特性參數(shù)，獲取變流器的實(shí)時(shí)輸入功率，即低電壓穿越過(guò)程中的畸變功率，得到變流器的實(shí)時(shí)輸入功率的功率曲線，測(cè)量得到瞬態(tài)畸變功率持續(xù)時(shí)間t_LVRT，將功率曲線以t_LVRT為時(shí)間粒度進(jìn)行離散，將離散功率與IGBT模塊各層的熱時(shí)間常數(shù)相匹配；