[发明专利]计及老化的光伏逆变器IGBT结温在线修正方法及系统

说明书

本发明公开了一种计及老化进程的光伏逆变器IGBT模块结温在线修正方法及系统，属于电力电子设备核心器件可靠性领域，方法的实现包括：针对光伏逆变器拓扑结构、光照辐射强度、环境温度建立IGBT模型电热耦合模型；选定IGBT集电极‑发射电极通态压降作为老化参数，并设计通态压降采样电路以保证测量精度；针对不同老化阶段的IGBT模块，基于大电流、小电流注入法建立老化数据库(测试电流、老化阈值、标定结温值)；对比电热耦合模型输出的结温值与标定结温值，标定电热耦合模型老化修正公式的老化进程系数；对比IGBT老化监测值与老化阈值以判断老化进程，选定对应的老化修正系数，以确保结温数据准确性。

技术领域

本发明属于电力电子设备核心器件可靠性领域，更具体地，涉及一种计及老化进程的光伏逆变器IGBT模块结温在线修正方法及系统。

背景技术

光伏发电产业是发展最快的新兴产业之一，光伏逆变器作为分布式电源与配电网的衔接设备，其承担着电能变换、传递的关键作用。目前，最常用的光伏逆变器是三相电压型桥式逆变器，其输出相电压包含两种电平，因而被称为三相二电平逆变器；绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)以其开关速度快、驱动电路较为简单、耐压性好、电流容量大等优势在光伏逆变器中得以广泛应用。光伏逆变器的故障在很大程度上由IGBT的失效导致。光伏逆变器往往位于户外，受到光照强度波环境温度、辐射波动的影响，其核心器件IGBT往往承受着大量热应力循环载荷，它的性能会逐渐退化直至失效。

研究表明，结温的波动是IGBT故障的主要原因。由于热膨胀系数不同，在IGBT结构中的热应力不均匀，导致对键合线、焊料层及芯片内部的损伤。结温数据的获取方法有以下三类：仪器测量法、热敏参数法、电热耦合法，从测量区域、应用成本、破坏性、工况适应性等多个方面进行比对，可电热耦合模型的综合评价最高。

但是，IGBT的电热耦合模型通常根据IGBT的出厂技术手册建立。由于工作过程中疲劳损坏，IGBT不断老化，这使得预先建立的电热耦合模型不再适应当前的IGBT健康状态。由此可见，IGBT老化进程对光伏逆变器IGBT可靠性评估有着不可忽视的影响。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种计及老化进程的光伏逆变器IGBT结温在线修正方法及系统，将IGBT老化监测引入IGBT结温修正，可以实现结温数据的在线修正，确保了结温数据的真实性，实现了计及老化进程对于光伏逆变器IGBT结温计算的影响，进而提高了可靠性评估的准确性。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种计及老化进程的光伏逆变器IGBT结温在线修正方法，包括：

(1)针对光伏逆变器拓扑结构、IGBT型号、光照辐射强度及环境温度建立IGBT模型电热耦合模型；

(2)以IGBT集电极-发射极通态压降V_{ce_on}作为老化参数，并针对IGBT的工作特性设计电压采样电路，用于采集IGBT集电极-发射极通态压降；

(3)针对不同老化阶段的IGBT模块，基于大电流、小电流注入法建立老化数据库，其中，老化数据库包括测试电流、老化阈值及标定结温值；

(4)对比电热耦合模型输出的结温值与标定结温值，标定电热耦合模型修正公式老化进程系数；

(5)对比IGBT老化监测值与老化阈值以判断老化进程，选定对应的老化进程系数，以确保结温数据准确性。

在一些可选的实施方案中，步骤(2)包括：