确定IGBT模块最佳直流电压的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种确定IGBT模块最佳直流电压的方法及装置，其中方法包括：计算IGBT模块的损耗；确定直流电压与IGBT模块损耗的关系；根据直流电压与IGBT模块损耗的关系，结合IGBT模块的热网络模型，获得IGBT模块的结温波动曲线；根据IGBT模块的结温波动曲线，计算IGBT模块的损伤度；计算设定开关频率下不同直流电压对应IGBT模块的损伤度，将其中损伤度最小值对应的直流电压确定为该设定开关频率下IGBT模块的最佳直流电压。本发明专利技术一方面可以确定IGBT模块的最佳直流电压，能够有效改善IGBT模块的运行温度，进而提升IGBT模块的可靠性水平；另一方面可以根据工作电压的需要，选取可靠性最佳的IGBT模块。

The method and device for determining the best DC voltage of the IGBT module

The invention discloses a method and apparatus for determining the optimum DC voltage IGBT module, wherein the method comprises the following steps: IGBT loss calculation module; IGBT module to determine the relationship between DC voltage and loss; according to the relationship between the DC voltage and the module of IGBT loss, combined with the thermal network model of the IGBT module, obtain the junction temperature fluctuation curve of the IGBT module; according to the temperature fluctuation curve of the IGBT module, IGBT module damage calculation; calculation of different DC voltage corresponding to the IGBT module of the switching frequency under the damage degree, the damage degree of the minimum value of DC voltage corresponding to the identified as the set switching frequency IGBT module optimal DC voltage. The invention can determine the optimal DC voltage of the IGBT module on the one hand, effectively improve the operation temperature of the IGBT module, and further enhance the reliability level of the IGBT module. On the other hand, the IGBT module with the best reliability can be selected according to the need of the working voltage.

【技术实现步骤摘要】
确定IGBT模块最佳直流电压的方法及装置
本专利技术涉及晶体管
，尤其涉及确定IGBT模块最佳直流电压的方法及装置。
技术介绍
随着我国对可再生能源的大力发展，风力、光伏发电等在电力产业中的比重迅速提高。工业调查表明，新能源发电系统发生故障的很大一部分原因可归结于并网逆变器的故障，而逆变器的故障中，功率器件的故障是主要原因之一。因此研究如何使IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)模块稳定可靠地运行是非常重要的。直流电压是影响IGBT模块可靠性的重要因素之一，并网逆变器直流侧工作电压有较大的范围，通常的做法是根据实际工作电压及相关的降额准则来粗略地确定IGBT模块的型号。这种通用性的标准虽然简单易行，但缺少对IGBT模块实际工作环境的考量，往往不能使IGBT模块运行在最佳的可靠性水平上。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种确定IGBT模块最佳直流电压的方法，用以提升IGBT模块的可靠性水平，该方法包括：计算IGBT模块的损耗；确定直流电压与IGBT模块损耗的关系；根据直流电压与IGBT模块损耗的关系，结合IGBT模块的热网络模型，获得IGBT模块的结温波动曲线；根据IGBT模块的结温波动曲线，计算IGBT模块的损伤度；计算设定开关频率下不同直流电压对应IGBT模块的损伤度，将其中损伤度最小值对应的直流电压确定为该设定开关频率下IGBT模块的最佳直流电压。本专利技术实施例还提供一种确定IGBT模块最佳直流电压的装置，用以提升IGBT模块的可靠性水平，该装置包括：损耗计算模块，用于计算IGBT模块的损耗；关系确定模块，用于确定直流电压与IGBT模块损耗的关系；曲线获得模块，用于根据直流电压与IGBT模块损耗的关系，结合IGBT模块的热网络模型，获得IGBT模块的结温波动曲线；损伤度计算模块，用于根据IGBT模块的结温波动曲线，计算IGBT模块的损伤度；最佳直流电压确定模块，用于计算设定开关频率下不同直流电压对应IGBT模块的损伤度，将其中损伤度最小值对应的直流电压确定为该设定开关频率下IGBT模块的最佳直流电压。本专利技术实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述确定IGBT模块最佳直流电压的方法。本专利技术实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述确定IGBT模块最佳直流电压的方法的计算机程序。本专利技术实施例一方面可以确定IGBT模块的最佳直流电压，能够有效改善IGBT模块的运行温度，进而提升IGBT模块的可靠性水平；另一方面也可以根据工作电压的需要，选取可靠性最佳的IGBT模块。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：图1为本专利技术实施例中确定IGBT模块最佳直流电压的方法示意图；图2为本专利技术实施例中IGBT导通损耗与直流电压关系曲线示例图；图3为本专利技术实施例中IGBT开关损耗与直流电压关系曲线示例图；图4为本专利技术实施例中IGBT功率损耗与直流电压关系曲线示例图；图5为本专利技术实施例中二极管导通损耗与直流电压关系曲线示例图；图6为本专利技术实施例中二极管开关损耗与直流电压关系曲线示例图；图7为本专利技术实施例中二极管功率损耗与直流电压关系曲线示例图；图8为本专利技术实施例中IGBT模块的Foster热网络模型示例图；图9为本专利技术实施例中IGBT结温波动曲线示例图；图10为本专利技术实施例中二极管结温波动曲线示例图；图11为本专利技术实施例中IGBT模块的结温波动与最大循环次数的关系示例图；图12为本专利技术实施例中确定IGBT模块最佳直流电压的装置的示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本专利技术实施例做进一步详细说明。在此，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。本专利技术实施例提出一种从可靠性的角度来确定IGBT模块最佳直流电压的方法，该方法以获得IGBT模块最佳可靠性为目标来计算IGBT模块最佳直流电压，通过分析直流电压对IGBT模块导通损耗和开关损耗的影响，可以迅速获得IGBT模块在设定开关频率下的最佳直流电压。该方法一方面可以确定IGBT模块的最佳直流电压，能够有效改善IGBT模块的运行温度，进而提升IGBT模块的可靠性水平；另一方面也可以根据工作电压的需要，选取可靠性最佳的IGBT模块。图1为本专利技术实施例中确定IGBT模块最佳直流电压的方法示意图，如图1所示，该方法可以包括：步骤101、计算IGBT模块的损耗；步骤102、确定直流电压与IGBT模块损耗的关系；步骤103、根据直流电压与IGBT模块损耗的关系，结合IGBT模块的热网络模型，获得IGBT模块的结温波动曲线；步骤104、根据IGBT模块的结温波动曲线，计算IGBT模块的损伤度；步骤105、计算设定开关频率下不同直流电压对应IGBT模块的损伤度，将其中损伤度最小值对应的直流电压确定为该设定开关频率下IGBT模块的最佳直流电压。具体实施时，先计算IGBT模块的损耗。IGBT模块的损耗可分为导通损耗和开关损耗，两种损耗与IGBT模块两端的电压及流经的电流有直接关系。电流的大小主要由逆变器的输入功率决定，并随功率的波动而不断发生变化；而电压的大小则可以通过对逆变器直流侧设备进行相应的结构配置而设定。实施例中，计算IGBT模块的损耗，可以包括：确定IGBT模块的直流电压工作范围、开关频率及器件参数；根据IGBT模块的直流电压工作范围、开关频率及器件参数，计算IGBT的导通损耗和开关损耗；根据IGBT模块的直流电压工作范围、开关频率及器件参数，计算二极管的导通损耗和开关损耗；将IGBT的导通损耗和开关损耗与二极管的导通损耗和开关损耗相加，获得IGBT模块的损耗。其中，先确定IGBT模块的直流电压工作范围、开关频率及器件参数。例如，以额定功率500kW的逆变器为例，其IGBT模块通常采用英飞凌公司FF1400R121P4，直流电压工作范围为450V～850V，开关频率1k～4kHz。实施例中，可以按如下公式计算IGBT的导通损耗：其中，Pcond_IGBT为IGBT在一个工频周期内的平均导通损耗；VCE0为IGBT的门槛压降；i为流经IGBT的电流幅值；rc为IGBT的导通电阻；m为调制度；cosφ为功率因数。实施例中，当逆变器采用三相SPWM调制时，其直流侧电压与交流侧线电压的关系为：其中，U为逆变器交流侧线电压有效值，Ud为直流电压。实施例中，可以按如下公式计算IGBT的开关损耗：其中，PSW_Tr为IGBT一次通断产生的开关损耗；fSW为开关频率；Eon为IGBT额定条件下的开通损耗，例如可以取80mJ；Eoff为IGBT额定条件下的关断损耗，例如可以取280mJ；Udc为IGBT实际的工作电压；UN为IGBT的额定电压；ic为IGBT实际的工作电流；iN为IGBT的额定电流；为IGBT开关能量损耗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定绝缘栅双极型晶体管IGBT模块最佳直流电压的方法，其特征在于，包括：计算IGBT模块的损耗；确定直流电压与IGBT模块损耗的关系；根据直流电压与IGBT模块损耗的关系，结合IGBT模块的热网络模型，获得IGBT模块的结温波动曲线；根据IGBT模块的结温波动曲线，计算IGBT模块的损伤度；计算设定开关频率下不同直流电压对应IGBT模块的损伤度，将其中损伤度最小值对应的直流电压确定为该设定开关频率下IGBT模块的最佳直流电压。

【技术特征摘要】
1.一种确定绝缘栅双极型晶体管IGBT模块最佳直流电压的方法，其特征在于，包括：计算IGBT模块的损耗；确定直流电压与IGBT模块损耗的关系；根据直流电压与IGBT模块损耗的关系，结合IGBT模块的热网络模型，获得IGBT模块的结温波动曲线；根据IGBT模块的结温波动曲线，计算IGBT模块的损伤度；计算设定开关频率下不同直流电压对应IGBT模块的损伤度，将其中损伤度最小值对应的直流电压确定为该设定开关频率下IGBT模块的最佳直流电压。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算IGBT模块的损耗，包括：确定IGBT模块的直流电压工作范围、开关频率及器件参数；根据IGBT模块的直流电压工作范围、开关频率及器件参数，计算IGBT的导通损耗和开关损耗；根据IGBT模块的直流电压工作范围、开关频率及器件参数，计算二极管的导通损耗和开关损耗；将IGBT的导通损耗和开关损耗与二极管的导通损耗和开关损耗相加，获得IGBT模块的损耗。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，按如下公式计算IGBT的导通损耗：其中，Pcond_IGBT为IGBT在一个工频周期内的平均导通损耗；VCE0为IGBT的门槛压降；i为流经IGBT的电流幅值；rc为IGBT的导通电阻；m为调制度；cosφ为功率因数；按如下公式计算IGBT的开关损耗：其中，PSW_Tr为IGBT一次通断产生的开关损耗；fSW为开关频率；Eon为IGBT额定条件下的开通损耗；Eoff为IGBT额定条件下的关断损耗；Udc为IGBT实际的工作电压；UN为IGBT的额定电压；ic为IGBT实际的工作电流；iN为IGBT的额定电流；为IGBT开关能量损耗的温度修正系数；为IGBT的结温；按如下公式计算二极管的导通损耗：其中，Pcond_Diode为二极管的导通损耗；VT0为二极管的门槛压降；iT为流经二极管的电流幅值；rT为二极管的导通电阻；按如下公式计算二极管的开关损耗：

【专利技术属性】
技术研发人员：岳云力，李华伟，王鹏展，李顺昕，沈卫东，刘娟，朱全友，聂文海，苗友忠，罗玮，苏粟，吴学智，李博，吕昕，朱正甲，赵敏，单体华，汲国强，丁健民，李笑蓉，杨金刚，史智萍，王旭冉，赵国梁，秦砺寒，季节，吴涛，檀政，王晓斐，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网冀北电力有限公司经济技术研究院，北京交通大学，国网冀北电力有限公司，国网冀北电力有限公司电力科学研究院，华北电力科学研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11