[发明专利]一种电力电子系统电热联合仿真方法、系统及终端

说明书

本发明公开了一种电力电子系统电热联合仿真方法、系统及终端，属于电力电子技术领域，包括以下步骤：对功率半导体器件及其功率回路进行电气仿真，并同时对功率半导体器件进行结温热仿真；采集电气仿真过程中的实时电气参数；暂停处于稳态的电气仿真直至电气仿真稳态被改变；根据实时电气参数，结合电气仿真过程中功率半导体器件的实时损耗进行结温计算。本发明通过动态控制电气仿真状态，进而降低仿真过程中的计算量，达到加速仿真收敛速度的目的。同时，本发明在原理设计阶段实现了热电联合仿真，能够大大提高电力电子系统研发效率，有效避免电气参数设计和功率器件选型不匹配导致的产品开发延误。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种电力电子系统电热联合仿真方法、系统及终端。

背景技术

电力电子系统设计一般包括软件设计和硬件设计两部分，软件设计关注的是电力电子系统的电气特性，比如稳态电气参数和瞬态响应指标，一般采用系统级仿真软件辅助设计；硬件设计比较重要的一个环节就是功率半导体的选型及设计，结温计算又是其中至关重要的一环，如果器件工作温度超过最高结温，器件就可能会被破坏，器件也随即失效。为了保证功率半导体所构建的电力电子系统的正常运作，必须评估所有各种工况下的结温情况，而结温计算需要和电气参数进行交互。目前业界通常将电力电子系统的电气评估和功率半导体的热评估割裂开来，分别进行设计计算。

公式计算是目前常用的结温评估方法之一，原理是通过电力电子系统分析，将功率半导体的稳态电压、电流特性归纳为数学表达式，用公式进行手动计算。这种方法十分繁琐，针对不同电力电子应用和自主创新设计，需要设计人员自行推导各种工况下的数学表达式，对设计人员提出了较高的数学能力要求。另外在推导过程中，一般都需要做一些近似和条件假设，影响计算准确度。

另一方面，现有技术提出了结温仿真系统，通过在用户界面中输入关键的应用工况参数，软件完成该厂商的器件匹配后，可计算出相应工况下的功率器件损耗及瞬态结温变化，但该系统完成的是单种工况下的结温评估，无法一次性覆盖所有工况，更不具备电力电子系统电气特性设计能力，无法同时进行系统级电气设计和控制参数调整。另外现有提出在线的结温计算方法，旨在解决实际装置中直接在线测量IGBT模块结温较为困难的问题，虽有利于IGBT模块状态监测与健康管理的在线集成，然而该方法依托于实际的产品，调试成本比较高，无法在前期原理设计阶段提供结温数据参考。综上，一种能够解决电力电子系统电气评估和热评估割裂进行的电热联合仿真方法的发明就显得很有必要。

此外，电力电子系统仿真过程中，为保证电气模型的仿真精度，需设置较小仿真步长，导致仿真速度较慢，一般无法实现大时间尺度的仿真分析；而结温仿真模型的时间常数较大，一般需要较长时间尺度才能进入稳态，由于电气模型和热模型时间常数不一致进而导致仿真计算量过大、仿真难以收敛的问题，如何在不牺牲仿真精度的前提下加速仿真收敛速度是当下亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的问题，提供了一种电力电子系统电热联合仿真方法、系统及终端。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种电力电子系统电热联合仿真方法，所述方法具体包括以下步骤：

对功率半导体器件及其功率回路进行电气仿真，并同时对功率半导体器件进行结温热仿真；

采集电气仿真过程中的实时电气参数；

动态控制电气仿真过程：暂停处于稳态的电气仿真直至电气仿真稳态被改变；

根据实时电气参数，结合电气仿真过程中功率半导体器件的实时损耗进行结温计算。其中，实时损耗包括但不限于功率半导体器件开关损耗、导通损耗和总损耗。

具体地，电气仿真即实现功率半导体器件开关过程动态电气特性以及导通静态电气特性的仿真，即模拟功率半导体器件的电磁行为。结温热仿真用于将功率半导体器件的实时损耗转化为温度变化，并进一步达到结温计算的目的。