基于实时结温估计的电压型逆变电源的动态限流方法技术

本发明专利技术公开了基于实时结温估计的电压型逆变电源的动态限流方法，涉及逆变电源系统中逆变器的过电流保护技术，其中包括一种实时结温估计方法和逆变器限流值动态设定方法。本发明专利技术的基于实时结温估计的电压型逆变电源的动态限流方法解决了因逆变器限流设定值较小而不能满足冲击性负荷短时较大过电流的运行工况，避免了额定电流较小的负载因存在较大短时冲击电流而需要配备大容量逆变电源的问题。冲击电流而需要配备大容量逆变电源的问题。冲击电流而需要配备大容量逆变电源的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于实时结温估计的电压型逆变电源的动态限流方法


[0001]本专利技术涉及逆变电源系统的限流保护技术，具体涉及基于实时结温估计的电压型逆变电源的动态限流方法，包括一种瞬态结温估计方法和逆变器限流值动态设定方法。

技术介绍

[0002]目前，随着储能技术的发展和成熟，移动储能逆变电源的应用日益广泛，为电网未能达及的地方用电负荷的供电提供了方便。储能逆变电源的核心是基于电力电子电路和控制技术的逆变器，将储能电池的直流电逆变为交流负载所需的工频交流电。由于电力电子器件过载能力弱，逆变电源的短时过载能力往往只有逆变电源额定电流的1.1～1.5倍。为了保护逆变电源不因过流而损坏，常在逆变器控制回路中设置电流限幅环节，通过降低逆变器输出电压来达到限流保护的目的。
[0003]但是，在实际应用中，逆变电源所带负载多种多样，其中不乏异步感应电动机类启动冲击性负载。当电机启动时，电机启动电流可高达电机额定电流的5倍，可能超过逆变电源的限流值，从而导致逆变电源输出电压下降。逆变电源降压运行虽然起到了保护逆变器的目的，但是影响了逆变电源供电的其它用电设备的正常运行，也容易导致电机发生堵转。
[0004]其实，逆变电源所用的电力电子器件的载流能力是有着较大的冗余水平的。首先，在正常选择电力电子开关器件时，电力电子开关器件的额定电流往往选为逆变电源额定电流的2～3倍，而且电力电子器件本身也有着一定的短时过电流能力，譬如许多IGBT器件都具有承受冲击电流不超过其额定电流10倍、持续时间不超过10微秒的能力。正因为如此，许多逆变电源都设置有阶梯限流策略，譬如电流在1.0～1.1倍额定电流时，允许过流持续时间1分钟；电流在1.1～1.3倍额定电流时，允许过流持续时间10秒钟；电流在1.3～1.5倍额定电流时，允许过流持续时间1秒钟等。
[0005]电力电子开关器件的过流能力主要取决于开关器件的结温，短时承载较大的电流而只要不引起结温超限，开关器件还是安全的。因此，按照电力电子开关器件的结温高低来动态确定限流值，将是比较合理的做法。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于电力电子器件实时结温估计的逆变电源动态限流方法，解决因逆变器限流设定值较小而不能满足冲击性负荷短时较大过电流的运行工况，避免额定电流较小的负载因存在较大短时冲击电流而需要配备大容量逆变电源的容量过渡冗余问题。
[0007]本专利技术提供的一种基于电力电子器件实时结温估计的逆变电源动态限流方法，其特征在于，根据逆变器的稳态结温估计值按照指数衰减规律实时调整逆变器的过电流限值，包括以下步骤：
[0008]步骤1：按照电力电子开关器件通态压降ΔV
on
与结温θ及电流I的关系特性曲线，通过曲线拟合得到通态压降的关系表达式：
[0009]ΔV
on
＝f(θ,I)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0010]进而可得开关器件的通态功率损耗值：
[0011]P
on
＝ΔV
on
·
I
·
d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0012]式中，ΔV
on
为开关器件的通态压降，θ为开关器件的当前结温，I为开关器件的当前电流，d为开关器件在当前开关周期的占空比，P
on
为开关器件的通态损耗。
[0013]步骤2：根据开关器件手册，查获开关器件的开通能量E
on
和关断能量E
off
，结合逆变器的开关频率，按照下式计算开关器件的开关损耗P
sw
：
[0014]P
sw
＝f
sw
·
(E
on
+E
off
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0015]式中，P
sw
为开关器件的开关损耗，f
sw
为开关频率，E
on
为开关器件的开通能量，E
off
为开关器件的关断能量。
[0016]步骤3：计算开关器件在当前开关周期内的总损耗P
Σ
：
[0017]P
Σ
＝P
on
+P
sw
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0018]式中，P
Σ
为开关器件在当前开关周期内的总损耗。
[0019]步骤4：利用开关器件的Foster热网络模型，由开关器件总损耗可估计得到开关器件的当前稳态结温θ。
[0020]步骤5：根据开关器件稳态结温θ，按照下式所示指数衰减规律计算逆变器允许的动态过电流限值，并相应调整限幅器的限幅值：
[0021][0022]式中，I
lim
为逆变器的当前过电流限值，I
N
为逆变器的额定电流，θ
N
为电力电子开关器件的额定结温，θ为电力电子开关器件的当前稳态结温。若当前稳态结温θ低于40℃，则按40℃计算。
[0023]本专利技术提供的一种基于电力电子器件实时结温估计的逆变电源动态限流方法，其特征在于，在过流状态下按照绝热结温对过电流限值进行二次调整，包括以下步骤：
[0024]步骤1：设在t0时刻发生过电流，按照下式计算开关器件从发生过电流时刻t0起到当前时刻t
k
所吸收的额外热量ΔQ
k
：
[0025][0026]其中，T
s
为开关周期，P
i
为开关器件在当前电流下的功耗，P
N
为开关器件在额定电流下的功耗，ΔQ
k
为发生过流以来开关器件所吸收的额外热量。
[0027]步骤2：视过电流期间为一个绝热过程，按照开关器件的比热容参数，获得当前时刻开关器件的绝热温升和结温：
[0028][0029]θ
k
＝θ0+τ
k
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0030]其中，C为开关器件的比热容(J/(kg
·
℃))，τ
k
为过流引起的开关器件的绝热温升，θ
k
为开关器件的当前绝热结温，θ0为开关器件在初次过流时刻t0的稳态结温。
[0031]步骤3：实时比较绝热结温估计值与额定结温，若绝热结温估计值小于额定结温，则维持限流值不变，一旦绝热结温估计值超出额定结温，则将限流值调整为逆变电源的额
定电流。当电流回落到0.9I
N
以下时，本次过电流限值的二次调整过程结束。
[0032]本专利技术提供的一种基于电力电子器件实时结温估计的逆变电源动态限流方法，其特征在于，动态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于实时结温估计的电压型逆变电源的动态限流方法，其特征在于，根据逆变器的稳态结温估计值按照指数衰减规律实时调整逆变器的过电流限值，同时在过流状态下按照绝热结温估计值对限值进行二次调整。2.如权利要求1所述的基于实时结温估计的电压型逆变电源的动态限流方法，其特征在于，根据逆变器的稳态结温估计值按照指数衰减规律实时调整逆变器的过电流限值，包括以下步骤：步骤1：按照电力电子开关器件通态压降ΔV
on
与结温θ及电流I的关系特性曲线，通过曲线拟合得到通态压降的关系表达式：ΔV
on
＝f(θ,I)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)进而可得开关器件的通态功率损耗值：P
on
＝ΔV
on
·
I
·
d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式中，ΔV
on
为开关器件的通态压降，θ为开关器件的当前结温，I为开关器件的当前电流，d为开关器件在当前开关周期的占空比，P
on
为开关器件的通态损耗；步骤2：根据开关器件手册，查获开关器件的开通能量E
on
和关断能量E
off
，结合逆变器的开关频率，按照下式计算开关器件的开关损耗P
sw
：P
sw
＝f
sw
·
(E
on
+E
off
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)式中，P
sw
为开关器件的开关损耗，f
sw
为开关频率，E
on
为开关器件的开通能量，E
off
为开关器件的关断能量；步骤3：计算开关器件在当前开关周期内的总损耗P
Σ
：P
Σ
＝P
on
+P
sw
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)其中，P
Σ
为开关器件在当前开关周期内的总损耗；步骤4：利用开关器件的Foster热网络模型，由开关器件总损耗可估计得到开关器件的当前稳态结温θ；步骤5：根据开关器件稳态结温θ，按照下式所示指数衰减规律计算逆变器允许的动态过电流限值，并相应调整限幅器的限幅值：其中，I
lim
为逆变器的当前过电流限值，I
N
为逆变器的额定电流，θ
N
为电力电子开关器件的额定结温，θ为电力电子开关器件的当前稳态结温；若当前稳态结温θ低于40℃，则按40℃计算。3.如权利要求1所述的基于实时结温估计的电压型逆变电源的动态限流方法，其特征在于，在过流状态下按照绝热结温对过电流限值进行二次调整，包括以下步骤：步骤1：设在t0时刻发生过电流，按照下式计算开关器件从发生过流时刻t0起到当前时刻t
k
所吸收的额外热量ΔQ
k
：其中，T
s
为开关周期，P
i
为开关器件在当前过电流下的功耗，P
N
为开关器件在额定电流下的功耗，ΔQ
k
为发生过电流以来开关器件所吸收的额外热量；步骤2：视过电流期间为一个绝热过程，按照开关器件的比热容参数，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹宇，陈恒龙，汪明，蒋再新，韦军，谢振俊，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司钦州供电局，
类型：发明
国别省市：