[發明專利]一種基于參數辨識的地鐵牽引整流器二極管結溫提取方法

有效

• 申請號: 202110639218.1
• 申請日: 2021-06-08
• 公開（公告）號: CN113341293B
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 林圣;黃宇劍
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26;G06F17/10
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 卓仲陽

本發明公開了一種基于參數辨識的地鐵牽引整流器二極管結溫提取方法，具體為：采集地鐵牽引變電所整流器二極管正向導通電流，散熱器溫度和整流柜外環境溫度；根據二極管產品數據手冊提供的正向伏安特性曲線，求得二極管各時刻正向導通電壓；根據瞬態熱阻抗曲線，擬合初始狀態下二極管熱阻，二極管熱容，散熱器熱阻和散熱器熱容，并計算初始狀態下的辨識量；計算單個采樣周期內的二極管導通損耗；使用最小二乘法辨識得到t時刻的辨識量，修正t時刻的熱網絡模型參數，并以此計算二極管結溫。本發明利用整流器溫度保護中散熱器溫度的監控數據，對熱網絡模型參數進行辨識，得到二極管當前狀態下的熱網絡模型參數，提高了結溫計算的精度。

技術領域

本發明屬于二極管結溫計算技術領域，尤其涉及一種基于參數辨識的地鐵牽引整流器二極管結溫提取方法。

背景技術

根據電力電子系統可靠性調研，功率器件是變流系統中失效率最高的部件，約占34％，在各類失效因素中，約55％的電力電子系統失效主要由溫度因素誘發。由于地鐵運行中頻繁地啟動與制動，導致整流器輸出電流波動快、擺幅大，從而造成其二極管結溫波動劇烈；同時，地鐵整流柜柜內無風機，裝置的冷卻方式為空氣自然對流換熱，散熱條件較差。這些因素都會引起整流器二極管的疲勞損傷，甚至導致二極管的開、短路故障。因此有必要結合地鐵牽引整流器實際運行工況，研究準確有效的二極管結溫提取方法，對二極管進行狀態監測。

由于在實際中二極管會隨著服役時間增加而發生老化，進而導致其熱阻增大。若一直使用二極管產品數據手冊所提供的熱阻進行結溫計算，將會導致結果偏小，從而無法正確反應二極管當前的狀態。因此需要對二極管熱阻進行實時修正，提高結溫計算的精度。

發明內容

為能辨識出二極管老化造成的熱阻變化，修正二極管當前狀態下的熱網絡模型參數，提高結溫計算精度。本發明提供一種基于參數辨識的地鐵牽引整流器二極管結溫提取方法。

本發明的一種基于參數辨識的地鐵牽引整流器二極管結溫提取方法，包括以下步驟：

步驟1：以Δt為采樣間隔，采集地鐵牽引變電所整流器二極管正向導通電流i_F(t)、散熱器溫度T_h(t)和整流柜外環境溫度T_a(t)。

步驟2：根據二極管產品數據手冊提供的正向伏安特性曲線，求得二極管正向導通電壓i_F(t)所對應的正向導通電壓u_F(t)；根據二極管產品數據手冊提供的瞬態熱阻抗曲線，擬合得到初始狀態下二極管熱阻R₁₍₀₎，二極管熱容C₁₍₀₎，散熱器熱阻R_h(0)，散熱器熱容C_h(0)；根據式(1)計算得到初始狀態下的辨識量θ₁₍₀₎、θ₂₍₀₎、θ₃₍₀₎和θ₄₍₀₎。

步驟3：根據式(2)計算t時刻的二極管導通損耗P(t)。

P(t)＝i_F(t)u_F(t) (2)

步驟4：使用0到t時刻二極管導通損耗、散熱器溫度和整流柜外環境溫度數據，根據式(3)，利用最小二乘法辨識得到t時刻的辨識量θ_1(t)、θ_2(t)、θ_3(t)和θ_4(t)。

T_h(t)＝θ_1(t)T_h(t-1)+θ_2(t)T_h(t-2)+θ_3(t)P(t-1)+θ_4(t)T_a(t-1) (3)