风电变流器IGBT模块结温在线计算方法

摘要

本发明公开了一种风电变流器IGBT模块结温在线计算方法，特别是一种基于开关周期损耗分析的风电变流器IGBT模块结温在线计算方法。该方法在考虑IGBT模块电热耦合特性的前提下，利用风电变流器基于开关周期下的实时运行参数，对其IGBT模块结温进行在线计算。该方法一方面能考虑各时刻下IGBT模块结温对其损耗的影响，另一方面还能同时考虑一个输出周期内IGBT模块损耗能量及波形对结温波动大小的影响，能实时准确计算风电变流器在输出频率较低时IGBT模块的动态波动结温，且有利于IGBT模块状态监测与健康管理的在线集成，降低风电变流器的失效风险。

主权项

一种风电变流器IGBT模块结温在线计算方法，其特征在于：以IGBT模块电热耦合特性为前提，利用风电变流器基于开关周期下的实时运行参数，对其IGBT模块结温进行在线计算；包括以下步骤：步骤一：获取IGBT模块的损耗参数，包括IGBT或Diode在25℃下的初始饱和压降和通态电阻v_{I_25}和r_{I_25}或v_{D_25}和r_{D_25}，初始饱和压降和导通电阻的温度系数K_V,I和K_r,I或K_V,D和K_r,D；获得额定条件下IGBT的单位开、关损耗E_on、E_off或Diode的单位恢复损耗E_ref，IGBT或Diode开关能量损耗的温度修正系数K_s,I或K_s,D；IGBT模块的额定电压U_N及额定电流I_N；步骤二：获取IGBT模块的热阻抗参数，包括IGBT或Diode的芯片至铜基板Foster网络的热阻抗ZI_jc或Z_Djc；IGBT或Diode的铜基板至散热器的热阻抗Z_Ich或Z_Dch；IGBT模块散热器的等效热阻抗Z₆；步骤三：检测风电机组变流器电流的瞬时值i_(t)、d及q轴分量i_d及i_q、角频率ω，电压的d、q轴分量u_d、u_q，直流侧电压U_dc，双馈电机转速n_r，IGBT模块的开关频率f_sw；检测环境温度T_a；步骤四：利用检测到的i_d、i_q、u_d、u_q计算变流器输出的交流电流与电压的相位角；利用检测到的u_d、u_q、U_dc计算变流器的调制度m；利用检测到的n_r判断变流器整流或逆变的工作模式；进而利用、m及变流器工作模式计算IGBT及Diode的导通占空比δ_I及δ_D；步骤五：假设IGBT或Diode的初始结温T_I，j或T_D，j为环境温度T_a；步骤六：利用结温对IGBT模块通态压降、通态电阻、开关损耗及恢复损耗影响的关系式，计算IGBT或Diode工作状态下的通态压降v_I或v_D、通态电阻r_I或r_D、开关损耗E_{I_onoff}或恢复损耗E_{D_ref}；步骤七：利用f_sw、U_dc、i_(t)、U_N、I_N、E_{I_onoff}或E_{D_ref}计算IGBT或Diode的开关损耗P_Is或P_Ds；利用i_(t)、δ_I或δ_D、v_I或v_D计算IGBT或Diode的通态损耗P_Ic或P_Dc；进而计算IGBT或Diode的总损耗P_I或P_D；步骤八：利用P_Is或P_Ds、P_Ic或P_Dc计算IGBT或Diode的结温T_I，j或T_D，j；步骤九：重复循环步骤六至八，当相邻两次的结温计算结果相差不到0.05℃时，完成风电机组某一运行状态下结温的计算，进入步骤十；步骤十：对风电机组下一运行状态下变流器IGBT模块的结温进行计算，即循环步骤三至步骤九。