[发明专利]一种牵引变流器主动热管理控制与保护方法及装置

说明书

本发明公开了一种牵引变流器主动热管理控制与保护方法及装置，方法包括：计算功率器件的损耗功率，基于功率器件的损耗功率计算功率器件的结温，基于功率器件的结温确定功率器件的结温波动值，基于功率器件的结温波动值对牵引变流器的开关频率进行调整，基于功率器件的结温和功率器件的结温波动值对牵引变流器中的逆变器进行保护控制。本发明通过对功率器件结温观测及波动幅值的有效主动控制，提高了功率器件可靠性与寿命，减小了牵引变流器运营维护成本。

技术领域

本发明涉及变流控制技术领域，尤其涉及一种牵引变流器主动热管理控制与保护方法及装置。

背景技术

随着半导体芯片制造技术的不断进步，器件越来越成熟，器件的功率密度和开关频率不断提高，极大促进了轨道交通、新能源汽车、电力传输等电力技术发展。由IGBT或SiC器件构成的电力电子功率模块组件，是牵引变流器的核心组件，其可靠性对牵引变流器系统的性能起到重要作用。在实际运用中，牵引变流器作为车辆动力机电能量转换的核心，往往面临着频繁起/停，满级牵引/制动、高速/惰行的功率循环工况等复杂需求，流经牵引变流器的电流也随之变化，功率器件的损耗因而随工况变化，这造成功率器件产生功率循环波动，即表现为器件结温波动，如图1所示。

从图1可知，功率器件结温会随着器件损耗而有一定的低频波动，波动幅度有60K。

经研究表明，IGBT功率器件的可靠性和使用寿命，主要受器件结温波动幅值和器件平均结温影响。当器件结温波动幅值或器件平均结温增大时，器件功率循环失效周期数减小，器件越容易发生失效，并且器件的结温波动幅值比器件平均结温对器件的影响更大。

因此，实现对功率器件结温观测及波动幅值的有效主动控制，对于提高功率器件可靠性与寿命，减小牵引变流器运营维护成本意义重大。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种牵引变流器主动热管理控制与保护方法，能够实现对功率器件结温观测及波动幅值的有效主动控制，提高了功率器件可靠性与寿命，减小了牵引变流器运营维护成本。

本发明提供了一种牵引变流器主动热管理控制与保护方法，包括：

计算功率器件的损耗功率；

基于所述功率器件的损耗功率计算功率器件的结温；

基于所述功率器件的结温确定功率器件的结温波动值；

基于所述功率器件的结温波动值对牵引变流器的开关频率进行调整；

基于所述功率器件的结温和所述功率器件的结温波动值对牵引变流器中的逆变器进行保护控制。

优选地，所述计算功率器件的损耗功率，包括：

基于IGBT芯片的开通损耗功率、关断损耗功率和导通损耗功率计算出IGBT芯片的损耗功率；

基于二极管芯片的导通损耗功率和反向恢复损耗功率计算出二极管芯片的损耗功率；

基于所述IGBT芯片的损耗功率和所述二极管芯片的损耗功率计算出功率器件的损耗功率。

优选地，所述基于所述功率器件的损耗功率计算功率器件的结温，包括：

获取芯片-外壳热阻、外壳-散热器热阻和散热器-环境热阻；

获取环境温度；

计算一个滑动窗口时间里IGBT芯片和二极管芯片的总的平均损耗；

基于所述芯片-外壳热阻、外壳-散热器热阻、散热器-环境热阻、环境温度、一个滑动窗口时间里IGBT芯片和二极管芯片的总的平均损耗和功率器件的损耗功率计算出功率器件的结温。

优选地，所述基于所述功率器件的结温波动值对牵引变流器的开关频率进行调整，包括：