[发明专利]应用于IGBT模块的热管理优化控制方法

说明书

本发明公开了一种应用于IGBT模块的热管理优化控制方法，包括步骤：S1.确定IGBT模块的寿命提升量；S2.确定IGBT模块中电流总谐波畸变增量；S3.根据寿命提升量以及电流总谐波畸变增量，计算得到IGBT模块的寿命提升效益指标；S4.判断IGBT模块运行温度是否超过热管理的调控结温，若是，则进入步骤S5，若否，则重复步骤S4；S5.调整IGBT模块的开关频率使得寿命提升效益指标取得最大值，并将寿命提升效益指标取得最大值时设置的开关频率作为热管理优化控制的最优开关频率。本发明能够优化热管理控制下寿命提升和负面影响之间的权衡利弊关系，实现热管理效益的最大化，减少对光伏系统正常运行的影响。

技术领域

本发明涉及热管理领域，具体涉及一种应用于IGBT模块的热管理优化控制方法。

背景技术

近年来，全球光伏产业规模不断扩大，光伏发电技术在全球电力供应中的占比持续提高。功率变流器作为光伏发电系统的核心部件，同时也是故障率最高的组件之一。而其中的IGBT模块在变流器运行过程中因为受到光照强度以及外部环境温度的影响，常常承受复杂的动态热行为，导致器件结温产生波动。由于IGBT模块中各层封装材料的热膨胀系数存在差异，结温的波动会导致各层的膨胀度不一致，因而在各层之间产生热应力冲击。对于频繁重复的热循环应力，材料的膨胀和收缩会导致焊料层出现裂纹空洞和键合线的脱落，从而造成器件的热疲劳失效，缩短变流器的使用寿命。因此，通过热管理来减少IGBT模块的结温波动，能有效地提高器件的寿命。

目前，通过调整开关频率进行结温平滑是最常见的热管理方式之一，而滞环控制由于设计简单易于实现，稳定性和瞬态性能好等优点在热管理控制中应用较多。通过降低开关频率能够有效地减少IGBT模块的功率损耗，从而降低结温波动的幅值。因为器件的预期使用寿命随着结温波动幅值的降低而增加，因此降低开关频率能够显著地延长器件的使用寿命，并且开关频率降得越低，IGBT模块的预期寿命提升越多。但是随着开关频率的降低，变流器的电流总谐波畸变也会变得越大。如果开关频率选择的不合适，在某个特定的工作点下热管理引起的负面影响甚至会掩盖寿命提升所带来的效益。

由于现有的热管理并未对开关频率的调节范围进行深入研究，其调整值大都是根据经验或者实验结果设定，目前仍然缺少一个量化的指标来指导开关频率的选择。因此，在通过变开关频率的方式进行热管理时，如何考虑寿命提升和负面影响之间的权衡利弊关系，寻找一个合适的开关频率以达到热管理控制策略的最大效益显得尤为重要。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供应用于IGBT模块的热管理优化控制方法，能够优化热管理控制下寿命提升和负面影响之间的权衡利弊关系，从而实现热管理效益的最大化，也减少了对光伏系统正常运行的影响。

本发明的应用于IGBT模块的热管理优化控制方法，包括如下步骤：

S1.确定IGBT模块的寿命提升量ΔLF；

S2.确定IGBT模块中电流总谐波畸变增量ΔTHD；

S3.根据所述寿命提升量ΔLF以及电流总谐波畸变增量ΔTHD，计算得到IGBT模块的寿命提升效益指标

S4.判断IGBT模块运行温度是否超过热管理的调控结温T_control，若是，则进入步骤S5，若否，则重复步骤S4；

S5.调整IGBT模块的开关频率使得所述BCR取得最大值，并将所述BCR取得最大值时设置的开关频率作为热管理优化控制的最优开关频率。

进一步，根据如下公式确定IGBT模块的寿命提升量ΔLF：

ΔLF＝LF′-LF；

其中，LF′为IGBT模块的预期寿命；LF为IGBT模块的原本寿命。

进一步，根据如下步骤确定所述IGBT模块的预期寿命LF′：