一种IGBT器件的评价方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种IGBT器件的评价方法及装置，所述方法包括：根据IGBT器件的导通次数确定IGBT器件的损耗功率；根据所述IGBT器件的损耗功率确定IGBT器件的结温；利用所述IGBT器件的损耗功率和结温对所述IGBT器件进行评价。本发明专利技术提供的技术方案，不仅满足了IEC标准对IGBT器件的损耗功率与结温计算的要求，还可以对长期运行后或经过严重短路故障的子模块IGBT器件进行热性能的评估。

【技术实现步骤摘要】
一种IGBT器件的评价方法及装置
本专利技术涉及电力系统直流输配电、电力电子和高压输电
，具体涉及一种IGBT器件的评价方法及装置。
技术介绍
随着模块化多电平换流器(ModularMultilevelConverter，简称MMC)的广泛应用，子模块内部全控型电力电子器件IGBT的可靠性和安全性是换流阀设备运行的关键，因此准确测试计算子模块IGBT器件的损耗功率与结温是对子模块设计及检修性能评估的重要依据。现有的MMC换流阀子模块IGBT器件的损耗功率与结温计算，多采用在不同PQ运行条件下系统仿真的子模块IGBT的电压、电流和预设开关频率等数据计算对应器件的损耗，在仿真计算损耗的基础上再通过设计的散热器热阻、IGBT器件热阻进行结温计算，并且在损耗功率的计算过程中采用预设仿真开关频率，导致IGBT芯片的开关损耗以及二极管(DIODE)芯片的反向恢复损耗与真实损耗存在较大偏差；结温计算采用理想的冷却散热方法，使得计算结温会比较理想化或偏低，这些偏差的累计将会导致器件运行效果评估的失真。
技术实现思路
本专利技术提供一种IGBT器件的评价方法及装置，其目的是提出一种IGBT器件的损耗功率和结温的计算方法，利用计算结果对长期运行后或经过严重短路故障的子模块IGBT器件进行热性能的评估，并为IGBT器件的运行可靠性及安全性提供数据支撑。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：一种IGBT器件的评价方法，其改进之处在于，所述方法包括：根据IGBT器件的导通次数确定IGBT器件的损耗功率；根据所述IGBT器件的损耗功率确定IGBT器件的结温；利用所述IGBT器件的损耗功率和结温对所述IGBT器件进行评价。优选的，所述根据IGBT器件的导通次数确定IGBT器件的损耗功率，包括：按下式确定所述IGBT器件中的IGBT芯片的损耗功率PIGBT：上式中，w∈[1,N],N为IGBT器件导通的总次数；j∈[1,M]，M为IGBT器件中的IGBT芯片动作总次数，Vce(sat)为IGBT器件中的IGBT芯片的通态压降，为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的通态电流，为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的导通时间，为IGBT器件中的IGBT芯片第j次动作的开通能量，为IGBT器件中的IGBT芯片第j次动作的关断能量，kv为IGBT器件的电压比例系数，T为正弦周期；其中，当IGBT器件中的IGBT芯片的第j次动作为开通时，当IGBT器件中的IGBT芯片的第j次动作为断开时，按下式确定所述IGBT器件中的二极管芯片的损耗功率PDIODE：上式中，b∈[1,L],L为IGBT器件中的二极管芯片动作的总次数，Vf为IGBT器件中的二极管芯片的导通压降，为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的导通电流，为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的导通时间，为IGBT器件中的二极管芯片第b次动作的反向恢复能量；其中，当IGBT器件中的二极管芯片的第b次动作为开通时，将所述IGBT器件中的IGBT芯片的损耗功率和所述IGBT器件中的二极管芯片的损耗功率作为所述IGBT器件的损耗功率。进一步的，按下式确定IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的通态电流上式中，为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的开通时间，为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的断开时间，Ip为桥臂电流，f为正弦电流的频率，t∈(0,T)，T为正弦周期；按下式确定IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的导通电流上式中，为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的开通时间，为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的关断时刻。优选的，所述根据所述IGBT器件的损耗功率确定IGBT器件的结温，包括：按下式确定IGBT器件中的IGBT芯片的结温TIGBT：上式中，TIGBT-in为冷却液进入IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器的温度，TIGBT-out为冷却液从IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器出去的温度，RIGBT为IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器热阻的额定热阻值，PIGBT为IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率，PDIODE为IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率，RIGBT-th为IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器热阻的测试值；按下式确定IGBT器件中的二极管芯片的结温TDIODE：上式中，TDIODE-in为冷却液进入IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器的温度，TDIODE-out为冷却液从IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器出去的温度，RDIODE为IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器热阻的额定热阻值，RDIODE-th为IGBT器件中的二极管芯片对应的散热器热阻的测试值；将所述IGBT器件中的IGBT芯片的结温和所述IGBT器件中的二极管芯片的结温作为所述IGBT器件的结温。优选的，所述根据所述IGBT器件的损耗功率和结温对所述IGBT器件进行评价，包括：若所述IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率大于IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率期望值、所述IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率大于IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率期望值、所述IGBT器件的结温中的IGBT芯片的结温大于IGBT器件的结温中的IGBT芯片的结温期望值且所述IGBT器件的结温中的二极管芯片的结温大于IGBT器件的结温中的二极管芯片的结温期望值，则IGBT器件存在故障风险；若所述IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率小于IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率期望值、所述IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率小于IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率期望值、所述IGBT器件的结温中的IGBT芯片的结温小于IGBT器件的结温中的IGBT芯片的结温期望值且所述IGBT器件的结温中的二极管芯片的结温小于IGBT器件的结温中的二极管芯片的结温期望值，则IGBT器件中的IGBT芯片型号的选择不合理或冷却液的选择不合理。一种IGBT器件的评价装置，其改进之处在于，所述装置包括：第一确定单元，用于根据IGBT器件的导通次数确定IGBT器件的损耗功率；第二确定单元，用于根据所述IGBT器件的损耗功率确定IGBT器件的结温；评价单元，用于利用所述IGBT器件的损耗功率和结温对所述IGBT器件进行评价。优选的，所述第一确定单元，包括：第一确定模块，用于按下式确定所述IGBT器件中的IGBT芯片的损耗功率PIGBT：上式中，w∈[1,N],N为IGBT器件导通的总次数；j∈[1,M]，M为IGBT器件中的IGBT芯片动作总次数，Vce(sat)为IGBT器件中的IGBT芯片的通态压降，为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的通态电流，为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的导通时间，为IGBT器件中的IGBT芯片第j次动作的开通能量，为IGBT器件中的IGBT芯片第j次动作的关断能量，kv为IGBT器件的电压比例系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种IGBT器件的评价方法，其特征在于，所述方法包括：根据IGBT器件的导通次数确定IGBT器件的损耗功率；根据所述IGBT器件的损耗功率确定IGBT器件的结温；利用所述IGBT器件的损耗功率和结温对所述IGBT器件进行评价。

【技术特征摘要】
1.一种IGBT器件的评价方法，其特征在于，所述方法包括：根据IGBT器件的导通次数确定IGBT器件的损耗功率；根据所述IGBT器件的损耗功率确定IGBT器件的结温；利用所述IGBT器件的损耗功率和结温对所述IGBT器件进行评价。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据IGBT器件的导通次数确定IGBT器件的损耗功率，包括：按下式确定所述IGBT器件中的IGBT芯片的损耗功率PIGBT：上式中，w∈[1,N],N为IGBT器件导通的总次数；j∈[1,M]，M为IGBT器件中的IGBT芯片动作总次数，Vce(sat)为IGBT器件中的IGBT芯片的通态压降，为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的通态电流，为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的导通时间，为IGBT器件中的IGBT芯片第j次动作的开通能量，为IGBT器件中的IGBT芯片第j次动作的关断能量，kv为IGBT器件的电压比例系数，T为正弦周期；其中，当IGBT器件中的IGBT芯片的第j次动作为开通时，当IGBT器件中的IGBT芯片的第j次动作为断开时，按下式确定所述IGBT器件中的二极管芯片的损耗功率PDIODE：上式中，b∈[1,L],L为IGBT器件中的二极管芯片动作的总次数，Vf为IGBT器件中的二极管芯片的导通压降，为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的导通电流，为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的导通时间，为IGBT器件中的二极管芯片第b次动作的反向恢复能量；其中，当IGBT器件中的二极管芯片的第b次动作为开通时，将所述IGBT器件中的IGBT芯片的损耗功率和所述IGBT器件中的二极管芯片的损耗功率作为所述IGBT器件的损耗功率。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，按下式确定IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的通态电流上式中，为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的开通时间，为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的断开时间，Ip为桥臂电流，f为正弦电流的频率，t∈(0,T)，T为正弦周期；按下式确定IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的导通电流上式中，为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的开通时间，为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的关断时刻。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述IGBT器件的损耗功率确定IGBT器件的结温，包括：按下式确定IGBT器件中的IGBT芯片的结温TIGBT：上式中，TIGBT-in为冷却液进入IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器的温度，TIGBT-out为冷却液从IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器出去的温度，RIGBT为IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器热阻的额定热阻值，PIGBT为IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率，PDIODE为IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率，RIGBT-th为IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器热阻的测试值；按下式确定IGBT器件中的二极管芯片的结温TDIODE：上式中，TDIODE-in为冷却液进入IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器的温度，TDIODE-out为冷却液从IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器出去的温度，RDIODE为IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器热阻的额定热阻值，RDIODE-th为IGBT器件中的二极管芯片对应的散热器热阻的测试值；将所述IGBT器件中的IGBT芯片的结温和所述IGBT器件中的二极管芯片的结温作为所述IGBT器件的结温。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述IGBT器件的损耗功率和结温对所述IGBT器件进行评价，包括：若所述IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率大于IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率期望值、所述IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率大于IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率期望值、所述IGBT器件的结温中的IGBT芯片的结温大于IGBT器件的结温中的IGBT芯片的结温期望值且所述IGBT器件的结温中的二极管芯片的结温大于IGBT器件的结温中的二极管芯片的结温期望值，则IGBT器件存在故障风险；若所述IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率小于IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率期望值、所述IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率小于IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率期望值、所述IGBT器件的结温中的IGBT芯片的结温小于IGBT器件的结温中的IGBT芯片的结温期望值且所述IGBT器件的结温中的二极管芯片的结温小于IGBT器件的结温中的二极管芯片的结温期望值，则IGBT器件中的IGBT芯片型号的选择不合理或冷却液的选择不合理。6.一种IG...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯静波，李强，邓卫华，宗文志，胡榕，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院有限公司，国家电网有限公司，国网福建省电力有限公司检修分公司，
类型：发明
国别省市：北京,11