[发明专利]一种低电压穿越工况下的IGBT结温估算方法、系统及介质

说明书

本发明涉及一种低电压穿越工况下的IGBT结温估算方法、系统及介质，方法包括：将变流器的功率曲线以瞬态畸变功率持续时间t_LVRT为时间粒度进行离散，将离散功率与IGBT模块各层的热时间常数相匹配；通过连续化处理得到连续热网表达；将离散功率与连续热网表达进行匹配，得到重构热网络模型；基于重构热网络模型计算IGBT模块结温。与现有技术相比，本发明通过离散‑连续‑离散的方式，得到了低电压穿越时间尺度相匹配的重构热网络模型，再基于重构热网络模型计算低电压穿越工况下的IGBT模块结温，能够在小时间尺度下估测IGBT模块的暂态结温，提高了低电压穿越工况下IGBT模块的结温快速检测能力，为改进低电压穿越策略提供结温依据。

技术领域

本发明涉及一种IGBT结温预测方法，尤其是涉及一种低电压穿越工况下的IGBT结温估算方法、系统及介质。

背景技术

IGBT模块是变流器的核心器件，直接影响变流器的运行可靠性，结温是IGBT模块的一个状态参量，模块运行时的结温水平对模块运行安全至关重要。公开号为CN110569529A的中国发明专利公开了一种基于自适应传热角度优化的功率器件结温估计方法，提高了热网络模型结温估计的准确性，公开号为CN111931402A的中国发明专利公开了一种焊料老化状态下IGBT模块结温估计方法，基于Cauer热网络模型与反馈结温实时估计IGBT模块结温，但是，这些结温估计方法未考虑低电压穿越工况下变流器IGBT模块的结温状况。

低电压穿越即当电网发生故障引起电网电压跌落时，新能源发电机组需要维持一段时间与电网连接而不解列，并在这一段过程中向电网提供一定的无功功率，以支持电网电压的恢复，直至电网恢复正常，从而“穿越”这个低电压时间或区域。新能源发电机组在低电压穿越过程中，发电机组输入输出功率失衡及电压跌落瞬间过大的暂态反电动势，使得变流器的IGBT模块承受高电压、过电流，导致IGBT结温升高，带来了模块过温失效隐患；而且结温大幅波动产生的热应力也是导致焊料层失效和铝键合线脱落的主要原因，造成IGBT模块可靠性降低；同时，新能源发电机组在电网电压三相不对称跌落的情况下，要保证暂态过程结束后机组在不对称电网下高性能运行。因此，对新能源发电机组低电压穿越过程中IGBT模块的结温变化规律进行研究，对制定合理有效的结温抑制策略及提升风电机组变流器运行过程中的可靠性有重要意义。

现有技术中，王志浩等在太阳能学报上发表了“双馈风电机组低电压穿越工况下变流器IGBT结温升高的抑制策略研究”，采用基于电-热耦合模型的传统结温估测技术，研究双馈风电机组在低电压穿越工况下IGBT模块的功率损耗和结温变化规律。但是，低电压穿越的时间尺度小至百ms级，在暂态工况下使用传统结温估测技术进行IGBT结温估测时，由于时间尺度失配造成结温估测时滞，估测偏差较大，达到100℃以上，因此，亟需一种小时间尺度下的暂态结温估测技术，以提高突变结温快速检测能力，进而为改进低电压穿越策略提供结温依据。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种低电压穿越工况下的IGBT结温估算方法、系统及介质，通过离散-连续-离散的方式，得到了低电压穿越时间尺度相匹配的重构热网络模型，再基于重构热网络模型计算低电压穿越工况下的IGBT模块结温，能够在小时间尺度下估测IGBT模块的暂态结温，提高了低电压穿越工况下IGBT模块的结温快速检测能力，为改进低电压穿越策略提供结温依据。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种低电压穿越工况下的IGBT结温估算方法，包括以下步骤：

S1：获取IGBT模块的材料特性参数，获取变流器的实时输入功率，即低电压穿越过程中的畸变功率，得到变流器的实时输入功率的功率曲线，测量得到瞬态畸变功率持续时间t_LVRT，将功率曲线以t_LVRT为时间粒度进行离散，将离散功率与IGBT模块各层的热时间常数相匹配；