[发明专利]结温导向的牵引变流器寿命优化控制方法、系统及装置

说明书

本发明提供了一种结温导向的牵引变流器寿命优化控制方法、系统及装置，包括S1、采用双矢量模型预测转矩控制以跟踪牵引电机定子参考磁链和参考转矩；S2、根据下一时刻k+1所处的状态，在设定的对应矢量的代价函数中加入动态损耗因子和磁链控制因子g_m，磁链控制因子g_m根据工况变化；S3、选择出使得代价函数最小的最优双矢量，将最优双矢量作为下一时刻的输出；S4、计算功率器件的功率损耗，使用Miner定理预测不同周期内功率器件的损伤程度，以获得牵引变流器功率器件实际寿命。可以在保证转矩及磁链等控制性能良好的前提下，尽可能将产生低损耗的两个电压矢量作用于下一采样周期，进而达到降低三相两电平逆变器6个IGBT/Diode损耗和结温的目的。

技术领域

本发明属于列车运行关键执行部件的优化控制技术领域，具体涉及一种结温导向的牵引变流器寿命优化控制方法、系统及装置。

背景技术

牵引变流器被视为轨道交通列车的“心脏”，为列车运行提供强劲动力，但作为变流器实现电能变换的关键执行部件，绝缘栅双极晶体管IGBT模块受多变工况影响较大且较为脆弱，对列车安全运行带来极大挑战。有研究指出，结温变化幅值与平均结温很大程度上决定了IGBT模块的寿命，其中，IGBT寿命与不同结温变化幅度和平均结温下的温度循环次数有关，所以IGBT的寿命可以由结温波动值及平均结温表达，因此，降低IGBT平均结温及结温波动值对提高IGBT模块寿命，进而提高牵引变流器寿命具有十分重要的价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种结温导向的牵引变流器寿命优化控制方法、系统及装置，以解决现有技术存在的上述至少一个问题。

基于上述目的，本申请中一个或多个实施例提供了一种结温导向的牵引变流器寿命优化控制方法，内容包括以下步骤：

S1、采用双矢量模型预测牵引电机转矩控制以跟踪定子参考磁链和参考转矩；在进行两个矢量的选择时，首先基于双矢量模型预测牵引电机转矩控制选择出第一个电压矢量，然后从八个基本电压矢量中再选择出第二个电压矢量；其中，选择第二个电压矢量时，选择与第一个电压矢量相比最多切换一次的电压矢量作为第二个电压矢量；

S2、根据下一时刻k+1所处的状态，在设定的对应矢量的代价函数中加入动态损耗因子以降低功率器件损耗和磁链控制因子g_m以淘汰使得磁链误差较大的电压矢量，磁链控制因子g_m根据工况进行变化，动态损耗因子的变化条件为：

判断对应时刻牵引变流器的功率器件是否存在损耗；若存在损耗，则把对应的损耗的因子加入代价函数中；若不产生损耗，则代价函数中只需要包含转矩和磁链控制的项；

磁链控制因子g_m的变化条件为：

当下一时刻磁链偏差超过设定值时，淘汰对应电压矢量；

S3、再根据转矩无差拍原则计算出每个采样周期内各个矢量的作用时间进而得到合成矢量，基于合成矢量，重新预测下一时刻的转矩和磁链值，通过迭代循环，选择出使得代价函数最小的最优双矢量，将最优双矢量作为下一时刻的输出；

S4、计算功率器件的功率损耗，并基于获得的功率损耗数据采用Foster热网络模型计算结温；采用雨流算法计算一个工作周期内功率器件的平均结温及结温波动，然后使用Miner定理预测不同周期内功率器件的损伤程度，以获得牵引变流器功率器件实际寿命，并据此调节牵引变流器输出。

基于本发明的上述技术方案，还可以作出如下改进：

可选的，所述步骤S2中判断对应时刻牵引变流器的功率器件是否存在损耗时，所述的损耗包括导通损耗和开关损耗。

可选的，将电流和电压在开通关断时的变化值的乘积作为代替开关损耗的因子加入代价函数以降低开关损耗，将电流瞬时值的平方作为代替导通损耗的因子加入代价函数以降低导通损耗。