[实用新型]电力电子变电站中IGBT的可靠性状态检测装置

说明书

本实用新型公开了电力电子变电站中IGBT的可靠性状态检测装置，包括：电流检测单元、电压检测单元、关断时间采集单元、器件关断损耗计算单元、结温‑电流‑关断损耗关系表单元、结温计算单元和IGBT状态检测单元。本实用新型装置通过实时检测待测IGBT的外部数据，包括IGBT的电流、电压和关断时间等信号，在不影响IGBT的正常运行且不破坏IGBT内部结构的情况下，获得关断损耗，进而根据关断损耗以及电流来获得实时运行结温，并基于结温数据完成了对IGBT可靠性状态的检测。本实用新型易于实现、准确度高。

技术领域

本实用新型涉及电力电子功率模块领域，尤其涉及电力电子变电站中IGBT的可靠性状态检测装置。

背景技术

近年来，随着我国输变电技术的发展，电网规模在不断扩大，输变电电压等级在不断提高。这使得电力设备的数量和复杂性不断上升，设备的检修费用占电网运行总成本的比例日渐增大，继电保护设备的维护工作量急剧增加。为确保在这种设备数量多、设备复杂性高的情况下电网的稳定可靠运行，同时控制检修费用以降低成本，减少继保检验的工作量，电力设备的检修策略也从过去的定期检修向状态检修发展。

在电力系统包括变电站中也有很多电力电子装置，这些装置承担着电能质量提升、电压补偿等重要功能，电力电子装置中的每个组件都会影响系统的可靠性和稳定性，而功率半导体器件在装置的稳定性和可靠性方面起着决定性作用。IGBT(Insulated GateBipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)功率模块作为电力电子装置的主要部件，因IGBT失效而导致系统的故障率也较高。因此，IGBT可靠性状态检测对于电力系统如变电站的状态检修和整体稳定性具有重要的意义。

我国西部青海、西藏等地区海拔较高，青海的果洛地区海拔在3800-4500m，半年温度低于-30℃。通常，海拔超过1000m的地区称作高原地区(即，高海拔地区)。由于海拔较高、空气稀薄，风流量减小，相对散热能力会大幅减弱，电力系统如变电站内部运行的热量无法正常散出，则会影响IGBT等器件正常运行的环境且温度过高时会烧毁器件。在类似这样的恶劣和不稳定的应用环境中，IGBT的可靠性状态更需要实时监控和评估。

由于IGBT的结温可以反映该器件是否处于正常状态，而结温波动则是导致IGBT失效的最关键的因素之一，所以，基于结温的IGBT可靠性状态检测成为研究的热点。目前，现有的IGBT可靠性状态检测技术主要利用传感器监测IGBT各种电参数实现基于结温的可靠性检测，常用的器件电参数包括器件通态压降V_ce、电压变化率dv/dt、门极开启电压V_th等，但是，现有技术面临以下两方面的挑战：一方面，由于半导体器件的高功率密度，在器件内部嵌入传感器非常困难；另一方面，这些器件参数往往受多因素影响，难以直接反映器件结温，特别是不断变化的电力电子系统运行工况(电压、电流、频率、环境温度)往往造成器件参数明显波动，使得由器件结温引起的参数微弱变化难以发现，影响了结温计算的准确性，从而影响了器件可靠性状态检测的准确性。因此，迫切需要开发一种新的方便可靠的IGBT可靠性状态检测装置。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种电力电子变电站中IGBT的可靠性状态检测装置，在不影响IGBT的正常运行且不破坏IGBT内部结构的情况下，通过IGBT的外部数据的实时检测，实现对实时运行结温的计算，并基于结温数据完成了对IGBT可靠性状态的实时检测。

为达到上述目的，本实用新型采用下述技术方案：