[发明专利]一种电力电子变流器功率器件损耗实时计算系统

说明书

本发明属于电力电子变流器技术领域，提出了一种电力电子变流器功率器件损耗实时计算系统，基于RTDS实时仿真装置，利用RSCAD仿真软件，构建电力电子变流器实时仿真模型和功率器件损耗计算模型，电力电子变流器实时仿真模型接入实际控制器形成电力电子变流器‑RTDS硬件在环仿真系统，模拟现场实际运行工况，将功率器件损耗计算所需的电压、电流信息输出至功率器件损耗计算模型，形成电力电子变流器功率器件损耗实时计算系统，实现结合动态控制信息的功率器件损耗精确计算，从而优化电力电子变流器散热系统设计，提高产品寿命与可靠性。

技术领域

本发明属于电力电子变流器技术领域，涉及一种基于RTDS(Real Time DigitalSimulator，实时数字仿真器)的电力电子变流器功率器件损耗实时计算系统。

背景技术

电力电子变流器是由功率器件、控制回路以及电抗器、电容器等辅助元件构成的电能变换系统，通常有交-直变换、直-交变换、交-交变换、交-直-交变换等几种形式，由于能够实现灵活多样的电能变换，在电力、能源、化工、石油、交通等行业有着广泛的应用。

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，以下简称IGBT)及其反并联二极管是电力电子变流器最常用的功率器件。作为电力电子变流器的核心元件，功率器件的性能和寿命直接决定了整个电力电子变流器的性能和寿命。功率器件在工作过程中由于损耗而产生的热量直接影响到整个装置温度，而功率器件所在环境的温度又和功率器件损耗有着密切的关系。研究表明，在电力电子变流器运行过程中，随着温度的升高，功率器件失效率又呈指数增长的趋势。因此，对电力电子变流器功率器件损耗进行精确计算从而合理设计散热系统是非常有必要的。

目前电力电子变流器功率器件损耗计算通常针对特定拓扑、特定算法采用离线计算方式，如中国专利文献公开号为CN104615842A，公开日为2015年5月13日，发明名称为一种全桥型模块化多电平换流器功率器件损耗计算方法，该方法涉及的全桥型模块化多电平换流器由六只桥臂组成，每两只桥臂串联形成一个相单元，每只桥臂由全桥型级联子模块和桥臂电抗器串联组成，子模块包括若干绝缘栅双极型晶闸管及续流二极管以及电容，每只绝缘栅双极型晶闸管与续流二极管反向并联构成开关器件支路，每两个开关器件支路级联并与电容并联，功率器件损耗计算方法包括以下步骤：1)获得桥臂电流、当前环境工作温度t及每个功率模块中绝缘栅双极型晶闸管的栅极电压及通态损耗和二极管的通态损耗；2)根据功率器件开关损耗曲线进行高次曲线拟合，计算出各个绝缘栅双极型晶闸管和二极管的开关损耗。但是该方法仅面向特定拓扑结构的电力电子变流器，缺乏通用性，同时计算过程中无法动态结合控制信息，不能准确反映不同控制策略下功率器件的损耗。

鉴于上述技术方案的缺陷，因此需要进一步研究新的方案以便于对电力电子变流器功率器件进行实时计算。

发明内容

本发明的目的是提出一种电力电子变流器功率器件损耗实时计算系统，基于RTDS(Real Time Digital Simulator)实时仿真器，利用RSCAD仿真软件，构建电力电子变流器实时仿真模型和功率器件损耗计算模型，电力电子变流器实时仿真模型接入实际控制器形成电力电子变流器-RTDS硬件在环仿真系统，模拟现场实际运行工况，将功率器件损耗计算所需的电压、电流信息输出至功率器件损耗计算模块，形成电力电子变流器功率器件损耗实时计算系统，实现结合动态控制信息的功率器件损耗精确计算。

为此，本发明采取如下技术方案：

首先，在RTDS实时仿真器上，利用RSCAD仿真软件，根据电力电子变流器实际拓扑结构，构建电力电子变流器实时仿真模型；

其次，通过RTDS实时仿真器的IO接口，将电力电子变流器实时仿真模型和电力电子变流器实际控制器连接起来，形成电力电子变流器-RTDS硬件在环仿真系统，对电力电子变流器现场实际运行工况进行实时模拟仿真，生成功率器件损耗计算所需的电压、电流信息；