[发明专利]基于场路耦合的DAB可靠性评估方法、装置及设备

说明书

本发明公开了一种基于场路耦合的DAB可靠性评估方法、装置及设备，通过基于DAB中IGBT模块的物理模型建立DAB电路仿真模型，通过电路仿真计算IGBT模块功耗；基于IGBT模块的几何尺寸建立IGBT模块温度场有限元模型，通过有限元仿真计算IGBT模块结温；并使用场路耦合的方法，求解得到IGBT模块结温信息；然后计算得到IGBT模块可靠性参数，进而评估DAB的可靠性，由于使用场路耦合的方法，可以对IGBT模块的传热问题和电气问题进行联合求解，与现有技术相比，能够精确地表征DAB中IGBT模块的功耗，同时能够准确地计算出IGBT模块的结温变化，从而提高DAB可靠性评估的准确性。

技术领域

本发明涉及电力系统可靠性技术领域，尤其涉及一种基于场路耦合的DAB可靠性评估方法、装置及设备。

背景技术

PET(英文全称：Power Electronic Transformer，中文全称：电力电子变压器)具有变压、电气隔离、功率调节与控制、可再生能源接入等多种功能，是实现能源互联网的主要载体之一。PET有多种拓扑结构，一般包含高压级、隔离级和低压级三部分。高压级有级联H桥、MMC(英文全称：Modular Multilevel Converter,中文全称：模块化多电平换流器)等结构，隔离级一般采用DAB(英文全称：Dual Active Bridge,中文全称：双有源桥)，通过移相调节控制以实现灵活地功率均衡和电气隔离。作为PET的核心，DAB的可靠性对整个能源互联网的可靠性具有重要的意义。

有关PET的故障概率统计结果表明，PET中失效率最高的器件是功率器件。PET中包含大量的功率器件—IGBT(英文全称：Insulated Gate Bipolar Transistor,中文全称：绝缘栅双极型晶体管)模块，IGBT模块为多层结构，从上到下依次为IGBT芯片、芯片焊料层、直接覆铜陶瓷层、基板焊料层、基板，IGBT芯片表面通过铝键合线与外部电路相连。IGBT模块由于在工作时IGBT芯片产生功率损耗，会引起IGBT模块温度的升高。而根据功率器件失效机理和大量试验数据分析可知，功率器件寿命跟功率器件结温(芯片温度)密切相关，因此准确的结温信息对功率器件的寿命评估至关重要。

目前而言，针对IGBT模块的结温信息获取，主要的方法有基于热网络的电热偶合模型，将IGBT模块的热网络导入电路仿真平台，结合IGBT电气模型来求解结温信息。电路仿真平台的IGBT电气模型能表征IGBT模块在不同温度下的功耗，结合热网络模型可较快地求解出IGBT的结温。但是由于热网络的局限性会导致求解的温度并不连续且精度较差，因此无法精确表征IGBT模块的结温变化，从而影响DAB可靠性评估的准确性。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的是：提供一种基于场路耦合的DAB可靠性评估方法、装置及设备，能够精确地表征DAB中IGBT模块的功耗，同时能够准确地计算出IGBT模块的结温变化，从而提高DAB可靠性评估的准确性。

为了达到上述目的，本发明一方面提供一种基于场路耦合的DAB可靠性评估方法，包括：

基于DAB中IGBT模块的物理模型建立DAB电路仿真模型，通过电路仿真计算IGBT模块功耗；

基于IGBT模块的几何尺寸建立IGBT模块温度场有限元模型，通过有限元仿真计算IGBT模块结温；

使用场路耦合的方法，求解得到IGBT模块结温信息；

根据所述IGBT模块结温信息，计算得到IGBT模块可靠性参数；

根据所述IGBT模块可靠性参数，评估DAB的可靠性。

优选地，所述基于DAB中IGBT模块的物理模型建立DAB电路仿真模型，包括：