[發(fā)明專利]功率變換器中功率器件結(jié)溫預(yù)測模型建立方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211330583.5
• 申請日: 2022-10-28
• 公開（公告）號: CN115392140B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊雁勇;張品佳;丁曉峰
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué);清華大學(xué)
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/04;H02M1/00;G06F119/08
• 代理公司: 北京中創(chuàng)云知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11837
• 代理人: 肖佳

本發(fā)明實施例涉及模型預(yù)測領(lǐng)域，尤其涉及一種功率變換器中功率器件結(jié)溫預(yù)測模型建立方法及裝置，所述方法包括：離線測取不同溫度下，功率器件在不同母線電壓條件下的通態(tài)電壓數(shù)據(jù)和柵極電壓過沖數(shù)據(jù)，以及不同溫度下，功率器件在不同負載電流條件下的通態(tài)電壓數(shù)據(jù)和柵極電壓過沖數(shù)據(jù)；建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，利用所測取的數(shù)據(jù)對所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進行訓(xùn)練、測試和驗證，得到訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，通過選取兩個同時受功率器件溫度和鍵合線失效影響的電氣參數(shù)聯(lián)合建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，預(yù)測功率器件的結(jié)溫，實現(xiàn)了可解耦鍵合線失效的功率器件溫度監(jiān)測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明實施例涉及模型預(yù)測領(lǐng)域，尤其涉及一種功率變換器中功率器件結(jié)溫預(yù)測模型建立方法及裝置。

背景技術(shù)

電力電子功率變換器的核心部件是功率器件，其可靠性與壽命直接影響著功率變換器系統(tǒng)的性能。根據(jù)電力電子功率器件的可靠性報告，熱應(yīng)力是導(dǎo)致電力電子功率器件的主要誘因。這是因為電力電子功率器件長期處于高速的開關(guān)切換工作狀態(tài)，且電力電子功率器件在工作時不可避免要產(chǎn)生功率損耗（包括通態(tài)損耗與開關(guān)損耗），這個損耗將轉(zhuǎn)化為熱，對電力電子功率器件進行作用會使得電力電子功率器件面臨嚴重的老化問題。

對電力電子功率器件進行準確、及時的狀態(tài)監(jiān)測對于保證整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

基于現(xiàn)有技術(shù)的上述情況，本發(fā)明實施例的目的在于提供一種功率變換器中功率器件結(jié)溫預(yù)測模型建立方法及裝置，通過建立功率器件結(jié)溫預(yù)測模型，對功率變換器中功率器件的結(jié)溫進行預(yù)測，具有結(jié)溫監(jiān)測響應(yīng)快、采樣頻率高、對電路無侵入等技術(shù)效果。

為達到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種功率變換器中功率器件結(jié)溫預(yù)測模型建立方法，所述方法包括：

離線測取不同溫度下，功率器件在不同母線電壓條件下的通態(tài)電壓數(shù)據(jù)和柵極電壓過沖數(shù)據(jù)，以及不同溫度下，功率器件在不同負載電流條件下的通態(tài)電壓數(shù)據(jù)和柵極電壓過沖數(shù)據(jù)；

建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，利用所測取的通態(tài)電壓數(shù)據(jù)和柵極電壓過沖數(shù)據(jù)對所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進行訓(xùn)練、測試和驗證，得到訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。

進一步的，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸入為功率器件的通態(tài)電壓數(shù)據(jù)和柵極電壓過沖數(shù)據(jù)、以及所述通態(tài)電壓數(shù)據(jù)和柵極電壓過沖數(shù)據(jù)各自對應(yīng)的母線電壓數(shù)據(jù)以及負載電流數(shù)據(jù)，輸出為功率器件的結(jié)溫數(shù)據(jù)。

進一步的，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型包括輸入層、隱藏層和輸出層；

所述輸入層為1層，隱藏層為20層，輸出層為1層。

進一步的，所述功率器件包括IGBT；所述功率變換器包括整流器、逆變器、以及變流器。

進一步的，將所測取數(shù)據(jù)的70%作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，將所測取數(shù)據(jù)的15%作為測試數(shù)據(jù)集，將所測取數(shù)據(jù)的15%作為驗證數(shù)據(jù)集，對所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進行訓(xùn)練、測試和驗證。

進一步的，所述訓(xùn)練包括：

獲取神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸出誤差，當輸出誤差連續(xù)n次迭代無變化時，則終止訓(xùn)練，n為迭代誤差閾值。

進一步的，所述方法還包括：

根據(jù)在線監(jiān)測的功率器件的電氣參數(shù)，利用所述訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型預(yù)測所述功率器件的結(jié)溫。

進一步的，所述在線監(jiān)測的功率器件的電氣參數(shù)包括功率器件所在功率變換器的母線電壓、功率器件所在功率變換器的負載電流、功率器件導(dǎo)通時的集射極電壓、以及功率器件開通瞬態(tài)的柵極電壓過沖。

根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供了一種功率變換器中功率器件結(jié)溫預(yù)測模型建立裝置，所述裝置包括：