[发明专利]一种非接触式变流器IGBT模块状态监测方法

说明书

本发明涉及一种非接触式变流器IGBT模块状态监测方法，包括以下步骤：S1：测量变流器的输出相电流，并测量变流器IGBT模块的表壳温度；S2：从输出相电流中提取出IGBT等效关断时间和IGBT关断电流，IGBT等效关断时间为输出相电流的高频振荡信号中对应于该IGBT模块关断引起的第一个波头或波谷的时间，IGBT关断电流为与输出相电流开始出现高频振荡信号的时刻对应的电流；S3：获取反映变流器IGBT模块运行状态的关断特性曲线。与现有技术相比，本发明可方便测出所有IGBT器件在不同电流条件下的关断特性，适用于各种结构的变流器系统，有助于提高变流器系统的运行可靠性，具有简便、安全、适用性好等优点。

技术领域

本发明涉及一种变流器状态监测方法，尤其是涉及一种非接触式变流器IGBT模块状态监测方法。

背景技术

变流器是一种电能变换装置，广泛应用于新能源发电、电动汽车、轨道交通、航空航天以及冶金等领域。作为变流器的核心器件，IGBT模块故障可导致整个变流器系统运行中断，甚至造成安全事故和重大经济损失。因此，IGBT模块的运行安全性与可靠性问题日益突出。

实际系统中IGBT失效大都经历渐变发展的过程，IGBT状态监测技术利用各种检测与分析手段对反映器件运行状态的各种变量进行监测，并结合系统运行历史记录对器件当前运行状态进行评估。IGBT状态监测技术可有效提高变流器系统运行安全性与可靠性。一方面，以状态监测为基础的故障预诊断技术可在IGBT模块失效前发现故障并及时采取相应措施，从而避免事故发生以及重大经济损失，提高系统运行安全性；另一方面，根据器件状态信息制定基于状态的变流器系统维修计划可有效减少停机时间、维修费用并提升运维效率，显著提高系统运行的可靠性与经济性。

根据被监测状态变量变量的类型不同，目前的IGBT状态监测方法可分为静态监测法与动态监测法。静态监测法在IGBT处于导通或者截止状态时进行测量，此类方法通常测量IGBT饱和压降V_ce(sat)、短路电流I_sc、泄漏电流I_lk等静态状态变量；动态监测法在IGBT处于开通或者关断过程中进行测量，此类方法通常测量IGBT开通/关断时间T_on/T_off、米勒平台电压V_gp、开通/关断延迟时间T_don/T_doff等动态状态变量。

[1]中国专利CN104849644A公开了一种IGBT状态检测电路以及IGBT状态检测方法，利用专门电路测量IGBT的集射极电压V_ce，并根据电路的输出信号与IGBT门极控制信号有效判断出IGBT处于开通、关断、异常关断或者短路状态。但这种状态监测方法属于故障后检测，不能对IGBT的健康状态进行实时评估，因此无法对早期故障进行识别并及时采取相应措施避免事故与损失。

文献[2]“U.M.Choi,F.Blaabjerg,S.Munk-Nielsen,et al.Conditionmonitoring of IGBT module for reliability improvement of power converters[C].IEEE Transportation Electrification Conference and Expo,2016:602-607”利用特殊设计的集电极电压检测电路与状态监测算法，根据IGBT的饱和压降V_ce(sat)与电流、结温的运行特性的变化对IGBT模块的运行状态进行评估，提高变流器的可靠性。但饱和压降数值量级与直流母线电压差距甚大且开关前后急剧变化，因此饱和压降的精确测量对测量装置的分辨率、动态特性等性能要求较高。此外，文献提出的状态检测方法需对变流器系统进行改造并安装额外的测量装置，不便于现场实施。