一种多参数融合的电力电子器件结温估计方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多参数融合的电力电子器件结温估计方法及系统，涉及电力电子器件健康管理领域，包括对测试电力电子器件进行标定实验；基于测试电力电子器件的标定实验数据，建立关于关断时间的电力电子器件结温估计模型和关于关断损耗的电力电子器件结温估计模型；基于上述电力电子器件结温估计模型，建立关于关断损耗和关断时间的多参数融合的电力电子器件结温估计模型；确定电力电子设备中的目标电力电子器件在运行时的电气参数；基于电气参数和多参数融合的电力电子器件结温估计模型，确定目标电力电子器件的结温。本发明专利技术具有精确度高，抗干扰性强的优点，对电力电子器件的可靠性研究具有重要的价值。件的可靠性研究具有重要的价值。件的可靠性研究具有重要的价值。

【技术实现步骤摘要】
一种多参数融合的电力电子器件结温估计方法及系统


[0001]本专利技术涉及电力电子器件健康管理领域，特别是涉及一种多参数融合的电力电子器件结温估计方法及系统。

技术介绍

[0002]随着功率半导体器件(如IGBT、MOSFET等)的技术发展与工艺进步，电力电子器件在矿用提升机、煤矿胶带输送机、水泵、风机等煤矿主要用电设备的驱动系统中得到了广泛的应用。以矿用电机牵引等驱动系统为例，一般工作在较恶劣的环境中，常受限于湿度高、空间相对狭小、设备启动频繁、负荷变化大以及现场维修困难。而且一旦矿用电机驱动设备出现故障就可能造成严重的人身财产损失，所以其可靠性是至关重要的。在电机驱动系统中，电力电子器件模块失效导致的故障率最高，约为45％左右，而在电力电子器件的各类失效因素中，约60％的设备失效主要是由温度因素诱发。因此，电力电子器件的结温估计对于提高整个矿用电机驱动系统的可靠性非常关键。
[0003]目前，电力电子器件的结温检测方法主要有物理接触式测量法、光学非接触测量法、热阻抗模型预测法和温度敏感电参数法。物理接触式测量法是把热敏电阻或热电偶等测温元件置于待测电力电子器件内部，从而获取其内部温度信息。所测得的温度信息是模板内部基板的平均温度，测量的温度与实际结温之间的误差较大，响应速度较慢。光学非接触测量法主要基于冷光、拉曼效应、折射指数、反射比、激光偏转等光温耦合效应的表征参数，通常借助待测电力电子器件与红外辐射之间的关系，包括红外热成像仪、光纤、红外显微镜等。然而该方法是一种具有破坏性的测量方法，不适用于环境复杂的现场实际应用。热阻抗模型预测法结合待测电力电子器件、电路拓扑和散热系统等综合因素，基于待测电力电子器件的实时损耗及瞬态热阻抗网络模型，通过仿真计算或离线查表等方式反推芯片结温及其变化趋势。然而老化因素会影响热阻网络模型及待测电力电子器件的损耗模型，难以精确实时计算，算法复杂且在线结温预测能力较弱。温度敏感电参数法的核心思想是把待测电力电子器件自身作为温度传感部件，将其芯片温度信息映射在外部的电气变量上，通过对温度敏感电参数的测量，即可对芯片结温进行逆向预估，成本低、响应快、易于在线监测，是最具应用潜力的结温在线提取与一体化集成的新技术。现存的基于温度敏感电参数的结温检测方法往往只采用一个对温度敏感的电气参数变量，需要优先选择线性度好、灵敏度高、除结温外相关变量少的温敏电参数。但是单一温敏电参数往往不能同时满足上述三个条件，且单一变量拟合精度低，抗干扰能力弱，增大了结温估计难度。

技术实现思路

[0004]为解决上述问题，本专利技术提供了一种多参数融合的电力电子器件结温估计方法及系统，采用关断时间与关断损耗两个对结温敏感且有内在联系的电气参数量共同表征电力电子器件的结温，这种多参数融合的结温估计混合模型，具有精确度高，抗干扰性强的优点，对电力电子器件的可靠性研究具有重要的价值。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种多参数融合的电力电子器件结温估计方法，包括：
[0007]对测试电力电子器件进行标定实验，以得到所述测试电力电子器件的标定实验数据；所述标定实验数据包括结温以及所述结温对应的测试关断过程中的直流母线电压、关断前的集电极电流、关断时间和关断损耗；
[0008]基于所述结温以及所述结温对应的测试关断过程中的直流母线电压、关断前的集电极电流和关断时间，建立关于关断时间的电力电子器件结温估计模型；
[0009]基于所述结温以及所述结温对应的测试关断过程中的直流母线电压、关断前的集电极电流和关断损耗，建立关于关断损耗的电力电子器件结温估计模型；
[0010]基于所述关于关断时间的电力电子器件结温估计模型和所述关于关断损耗的电力电子器件结温估计模型，建立关于关断损耗和关断时间的多参数融合的电力电子器件结温估计模型；
[0011]确定电力电子设备中的目标电力电子器件在运行时的电气参数；所述目标电力电子器件与所述测试电力电子器件为同型号的电力电子器件；所述电气参数包括实际关断过程中的关断时间和关断损耗；
[0012]基于所述电气参数和所述关于关断损耗和关断时间的多参数融合的电力电子器件结温估计模型，确定所述目标电力电子器件的结温。
[0013]可选的，所述确定电力电子设备中的目标电力电子器件在运行时的电气参数，具体包括：
[0014]获取电力电子设备中的目标电力电子器件在运行时的电气数据；
[0015]对所述电气数据进行预处理，得到实际关断过程中的集射极电压、直流母线电压和关断前的集电极电流；
[0016]基于实际关断过程中的直流母线电压和关断前的集电极电流，计算实际关断过程中的关断时间；
[0017]基于实际关断过程中的集射极电压、直流母线电压和关断前的集电极电流，计算实际关断过程中的关断损耗。
[0018]可选的，所述基于所述结温以及所述结温对应的测试关断过程中的直流母线电压、关断前的集电极电流和关断时间，建立关于关断时间的电力电子器件结温估计模型，具体包括：
[0019]基于所述结温以及所述结温对应的测试关断过程中的直流母线电压、关断前的集电极电流和关断时间，采用多元线性回归算法，建立关于关断时间的电力电子器件结温估计模型。
[0020]可选的，所述基于所述结温以及所述结温对应的测试关断过程中的直流母线电压、关断前的集电极电流和关断损耗，建立关于关断损耗的电力电子器件结温估计模型，具体包括：
[0021]基于所述结温以及所述结温对应的测试关断过程中的直流母线电压、关断前的集电极电流和关断损耗，采用多元线性回归算法，建立关于关断损耗的电力电子器件结温估计模型。
[0022]可选的，所述基于所述关于关断时间的电力电子器件结温估计模型和所述关于关
断损耗的电力电子器件结温估计模型，建立关于关断损耗和关断时间的多参数融合的电力电子器件结温估计模型，具体包括：
[0023]基于所述关于关断时间的电力电子器件结温估计模型和所述关于关断损耗的电力电子器件结温估计模型，采用矩阵分析算法，建立关于关断损耗和关断时间的多参数融合的电力电子器件结温估计模型。
[0024]一种多参数融合的电力电子器件结温估计系统，包括：
[0025]标定实验数据确定模块，用于对测试电力电子器件进行标定实验，以得到所述测试电力电子器件的标定实验数据；所述标定实验数据包括结温以及所述结温对应的测试关断过程中的直流母线电压、关断前的集电极电流、关断时间和关断损耗；
[0026]关于关断时间的电力电子器件结温估计模型建立模块，用于基于所述结温以及所述结温对应的测试关断过程中的直流母线电压、关断前的集电极电流和关断时间，建立关于关断时间的电力电子器件结温估计模型；
[0027]关于关断损耗的电力电子器件结温估计模型建立模块，用于基于所述结温以及所述结温对应的测试关断过程中的直流母线电压、关断前的集电极电流和关断损耗，建立关于关断损耗的电力电子器件结温估计模型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多参数融合的电力电子器件结温估计方法，其特征在于，包括：对测试电力电子器件进行标定实验，以得到所述测试电力电子器件的标定实验数据；所述标定实验数据包括结温以及所述结温对应的测试关断过程中的直流母线电压、关断前的集电极电流、关断时间和关断损耗；基于所述结温以及所述结温对应的测试关断过程中的直流母线电压、关断前的集电极电流和关断时间，建立关于关断时间的电力电子器件结温估计模型；基于所述结温以及所述结温对应的测试关断过程中的直流母线电压、关断前的集电极电流和关断损耗，建立关于关断损耗的电力电子器件结温估计模型；基于所述关于关断时间的电力电子器件结温估计模型和所述关于关断损耗的电力电子器件结温估计模型，建立关于关断损耗和关断时间的多参数融合的电力电子器件结温估计模型；确定电力电子设备中的目标电力电子器件在运行时的电气参数；所述目标电力电子器件与所述测试电力电子器件为同型号的电力电子器件；所述电气参数包括实际关断过程中的关断时间和关断损耗；基于所述电气参数和所述关于关断损耗和关断时间的多参数融合的电力电子器件结温估计模型，确定所述目标电力电子器件的结温。2.根据权利要求1所述的一种多参数融合的电力电子器件结温估计方法，其特征在于，所述确定电力电子设备中的目标电力电子器件在运行时的电气参数，具体包括：获取电力电子设备中的目标电力电子器件在运行时的电气数据；对所述电气数据进行预处理，得到实际关断过程中的集射极电压、直流母线电压和关断前的集电极电流；基于实际关断过程中的直流母线电压和关断前的集电极电流，计算实际关断过程中的关断时间；基于实际关断过程中的集射极电压、直流母线电压和关断前的集电极电流，计算实际关断过程中的关断损耗。3.根据权利要求1所述的一种多参数融合的电力电子器件结温估计方法，其特征在于，所述基于所述结温以及所述结温对应的测试关断过程中的直流母线电压、关断前的集电极电流和关断时间，建立关于关断时间的电力电子器件结温估计模型，具体包括：基于所述结温以及所述结温对应的测试关断过程中的直流母线电压、关断前的集电极电流和关断时间，采用多元线性回归算法，建立关于关断时间的电力电子器件结温估计模型。4.根据权利要求1所述的一种多参数融合的电力电子器件结温估计方法，其特征在于，所述基于所述结温以及所述结温对应的测试关断过程中的直流母线电压、关断前的集电极电流和关断损耗，建立关于关断损耗的电力电子器件结温估计模型，具体包括：基于所述结温以及所述结温对应的测试关断过程中的直流母线电压、关断前的集电极电流和关断损耗，采用多元线性回归算法，建立关于关断损耗的电力电子器件结温估计模型。5.根据权利要求1所述的一种多参数融合的电力电子器件结温估计方法，其特征在于，所述基于所述关于关断时间的电力电子器件结温估计模型和所述关于关断损耗的电力电
子器件结温估计模型，建立关于关断损耗和关断时间的多参数融合的电力电子器件结温估计模型，具体包括：基于所述关于关断时间的电力电子器件结温估计模型和所述关于关断损耗的电力电子器件结温估计模型，采用矩阵分析算法，建立关于关断损耗和关断时间的多参数融合的电力电子器件结温估计模型。6.一种多参数融合的电力电子器件结温估计系统，其特征在于，包括：标定实验数...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐国卿，潘正云，向大为，肖正炜，佘辰，赵晖，吴天宜，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：