[发明专利]牵引变流器热场控制方法及系统

说明书

本发明涉及电力电子技术领域，公开一种牵引变流器热场控制方法，以实现牵引变流器热场的均匀分布。方法包括：构建各功率模块对应系统热场控制量的功耗预测模型；根据对应系统热场控制量的功耗预测模型构建基于功耗方差的热场分布控制目标函数，然后将基于功耗方差的热场分布控制目标函数与各非热场控制量的控制目标函数相结合以构建基于性能的归一化控制目标函数；根据归一化控制目标函数建立基于性能归一化的初始奖励函数，并将初始奖励函数优化为根据外环反馈值动态调整热权重系数的目标奖励函数；选取使得目标奖励函数值最大化的系统电平状态组合作为系统控制指令输出，实现相对应功率模块热量的智能调控。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种牵引变流器热场控制方法及系统。

背景技术

随着我国高铁事业的快速发展，运行时速高、运行里程长等高铁发展趋势已向高安全、高可靠运行的高铁发展新诉求发生转变。特别是，以主动安全保障为核心的高铁安全可靠运行技术成为当前高速列车科技发展的趋势，国家“十三五”重点研发计划先进轨道交通重点专项更是将此列为我国轨道交通需要优先发展的方向。

牵引变流器作为永磁高速列车等高端轨道交通装备的核心设备，负责列车牵引驱动的能量供给与转换。作为列车的高发故障源，牵引变流器一旦发生故障将影响列车的正常运行，严重时将导致列车被迫停车，由此可见，其可靠性直接影响着整车的安全运行水平。据各轨道交通装备运营机构的统计结果表明，功率模块是牵引变流器故障的主要来源，属于列车高频次维修器件之一，带来较高维修成本。

据实验结果表明，除遭受过电应力和其他极端异常情况外，热循环应力累积和冲击是功率模块(如：IGBT(InsulatedGateBipolarTranslator，绝缘栅双极型晶体管)模块)的失效主因。因此，降低工作过程中功率模块的热循环应力强度，成为提高功率模块运行可靠性、延长使用寿命的最为有效方案，其中，又以主动温度管理技术最受关注，已成为世界各大轨道交通科研机构的重点研究方向。然后，现有研究主要针对单个功率模块的热应力改善，对由多个功率模块组成的牵引变流器热应力改善的研究处于起步阶段。

目前，在牵引变流器集成化、模块化的普及和应用下，一旦某个功率模块因热应力损坏，整个牵引变流器设备将被替换维修，其中包括大量还有较长剩余寿命的其它正常功率模块。事实上，当前列车牵引变流器都以电气性能为主的控制目标，且因功率模块的热应力难以简单的加入到传统的闭环控制中，造成牵引变流器的热应力状况被忽视，特别是在多电平牵引变流器的应用中，牵引变流器中各功率模块的热应力不平衡问题更为凸显。这样不仅会造成资源浪费，维修成本的提升，且将降低牵引变流器整体服役寿命和运行可靠性。然而，仅关注单个功率器件模块的热应力改善/主动温度管理技术，将难以实现对整个牵引变流器热应力的改善。

因此，如何实现牵引变流器各功率器件的主动温度/热应力平衡成为一个亟待解决的关键技术，此问题的解决将有利于提高牵引变流器乃至整车的整体服役寿命和运行可靠性，降低资源浪费和维修成本，具有重要的意义。

发明内容

本发明目的在于公开一种引变流器热场控制方法及系统，以通过智能调控牵引变流器中各功率器件模块产生的热量，实现牵引变流器热场的均匀分布，进而有效延长牵引变流器整体服役寿命，提高列车运行可靠性水平，降低设备维护成本。

为达上述目的，本发明公开一种牵引变流器热场控制方法，包括：

步骤S1：根据各功率模块产生功耗与所属桥臂电平状态和与功耗间接关联的非热场控制量的关系，构建各功率模块对应系统热场控制量的功耗预测模型；

步骤S2：根据对应系统热场控制量的功耗预测模型构建基于功耗方差的热场分布控制目标函数，然后将基于功耗方差的热场分布控制目标函数与各所述非热场控制量的控制目标函数相结合以构建基于性能的归一化控制目标函数；

步骤S3：根据所述归一化控制目标函数建立基于性能归一化的初始奖励函数，并将所述初始奖励函数优化为根据外环反馈值动态调整热权重系数的目标奖励函数；