[发明专利]功率器件的结温监测方法、装置、设备及存储介质

说明书

本发明公开了一种换流阀功率器件的结温在线监测方法，采集与功率器件相连的散热器表面壳温，再根据IGBT、二极管、散热器的热场分布建立功率器件级的热阻模型，对电容电压、散热器外壳温度、桥臂电流、IGBT的脉冲信息进行采集，结合热阻模型计算出各器件的结温。设置了结温的过温报警功能，可提前预测存在异常的过温器件，达到主动监测存在潜在故障的器件、规避风险、提高系统运行可靠性的目的。

技术领域

本发明属于柔性直流输电技术领域，具体涉及功率器件的结温监测方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

现已投运的柔性直流输电工程主要采用模块化多电平变换器(ModularMultilevel Converter,MMC)拓扑，一般由6个桥臂构成，每个桥臂由几十甚至几百个功率模块串联组成，功率模块的集合统称为换流阀。换流阀通常在最苛刻环境温度、电网运行条件和最高结温下设计通流能力，实际设计中一般留出较大的过流关断和通流裕量。

功率模块由一次回路和二次回路组成。一次回路包括：取能电源、电容器C、均压电阻R、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)器件T1与T2、二极管D1与D2、旁路开关K1和旁路晶闸管K2。二次回路包括：控制板卡(Power Module Contorll,PMC)和IGBT驱动板等。正常工作时，电容器C充电到一定阶段，取能电源开始工作并给二次控制板卡PMC供电；PMC向上级阀控系统上送子模块信息，该信息包括功率模块的故障信息、运行状态、电容电压，并接收上级阀控系统的命令信息，命令信息包括IGBT导通指令、旁路开关命令以及运行参数。

目前的换流阀监测系统较为简单，仅能监视功率模块的电压、开关频率等少量数据，不能定量评估当前系统、环境、水冷条件下换流阀实际裕量。随着功率器件数目的增多、现场运行环境的复杂度提升，由于器件温度过高引起的换流阀的故障率也随之增高，亟需研究开发换流阀的智能在线结温监测系统。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了功率器件的结温监测方法、装置、设备及存储介质，监测当前运行条件、功率器件的结温等数据并提供过温报警信息，使得运行人员能够提前发现存在潜在故障的功率模块，及时对其进行检修维护。

柔性直流输电系统功率器件的结温监测方法，包括以下步骤：

对功率模块的特征参数进行采样，特征参数包括换流阀桥臂电流，功率模块的电容电压，散热器的外壳温度以及IGBT的脉冲信息；

根据采集到的电容电压，散热器外壳温度，换流阀桥臂电流和IGBT的脉冲信息进行计算各功率器件的损耗，所述功率器件包括IGBT T₁、IGBT T₂二极管D₁以及二极管D₂；

根据散热器外壳温度，各功率器件的损耗，功率器件到散热器外壳的热阻，计算各功率器件的结温。

进一步的，IGBT T₁、IGBT T₂的结温计算公式分别为：

TJ₁＝T_in1+PT_1e(R_hi+R_e)

TJ₂＝T_in1+PT_1e(R_hi+R_e)+PT_2e(R_hi+R_e)-PT_1c(R_hi+R_c)