新能源发电功率模块热疲劳分析实时雨流计数方法技术

本发明专利技术公开了一种新能源发电功率模块热疲劳分析实时雨流计数方法。本发明专利技术在每两次结温采样的间隙执行，步骤如下：首先通过数据预处理模块筛选出发电功率模块的结温极值点，根据定时计算得出的发电功率模块结壳热阻选择不同的滤波器窗宽，并对初筛的结温极值点进行特定窗宽的滤波；在有效结温极值点个数不小于3个时，对其最新的三个值求相邻之间的幅值差，结合有效结温极值点的个数进行全循环和半循环的判断；根据预设的结温摆幅和平均结温的分析范围以及分析范围内分析区间的划分对原始计数结果进行标准化转换，并更新存储器中的循环计数二维表。本发明专利技术实现了高效率的实时雨流循环计数。循环计数。循环计数。

【技术实现步骤摘要】
新能源发电功率模块热疲劳分析实时雨流计数方法


[0001]本专利技术属于新能源发电功率
，具体地说是一种新能源发电功率模块热疲劳分析实时雨流计数方法。

技术介绍

[0002]新能源发电设备的运行环境复杂，工况具有随机性和波动性的特点。在恶劣工作环境下，功率模块是新能源发电设备中最脆弱的子系统，因此有必要对功率模块的可靠性进行在线实时评估。功率模块的封装结构包含多种具有不同热膨胀系数的异质材料。在长期经历热载荷的过程中，模块会因为承受交变的热机械应力产生热疲劳退化，具体表现为出现焊料层空洞和裂纹以及键合线脱落的现象，影响功率模块的可靠性和使用寿命。
[0003]根据焊料层和键合线的老化现象，可将功率模块的使用寿命分为裂纹初始阶段、裂纹扩散阶段、不稳定阶段。相同的热机械应力对处于不同阶段的功率模块的损伤程度是不同的，换句话说，在不同阶段，功率模块因为承受热机械应力而造成显著损伤的最小热机械应力值是不同的。
[0004]功率模块由于热疲劳发生退化往往出现在长时间使用之后，这时模块已经老化，相关参数也发生变化，使得模块的疲劳失效难本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.新能源发电功率模块热疲劳分析实时雨流计数方法，其特征在于，包括：采用初始化模块设置如下参数：结温采样频率，离散标准化结温摆幅范围的上界B
u1
、下界B
l1
和第一区间划分数n1，离散标准化结温均值范围的上界B
u2
、下界B
l2
和第二区间划分数n2，以及初始化储存器和缓存器；采用结壳热阻计算模块计算发电功率模块中功率器件芯片到模块外壳之间的结壳热阻，结壳热阻计算模块的输入数据为结温、壳温、导通电压以及导通电流；根据发电功率模块处于使用寿命的不同阶段时具有不同的结壳热阻，通过雨流滤波器窗宽选择模块选择合适的雨流滤波器窗宽；数据预处理：采用数据预处理模块处理，此模块包含极值点筛选器和雨流滤波器，输入数据为实时结温数据T
j
和雨流滤波器窗宽，输出数据为有效的结温极值点数据；实时结温数据输入时先经过极值点筛选器，筛选出实时结温数据中的极值点，再将筛选出的极值点输入雨流滤波器，滤除对发电功率模块损伤可忽略的结温极值点或者因为采样抖动导致的波动小于1℃的结温极值点；通过实时雨流循环计数模块对有效的结温极值点进行实时的应力循环计数，得到应力循环的原始计数结果，即应力循环幅值、应力循环均值以及对应的次数；离散标准化：通过离散标准化模块将待分析的结温摆幅范围(B
u1
，B
l1
)平均划分成标准的n1等份，将待分析的结温均值范围(B
l2
，B
u2
)平均划分成标准的n2等份，并将实时雨流循环计数模块得到的应力循环的原始计数结果与这些区间匹配，记录为区间的上界值，并更新与这些区间对应的标准化应力循环；通过存入储存器模块将离散标准化模块输出的标准化应力循环存入储存器中的二维表。2.根据权利要求1所述的新能源发电功率模块热疲劳分析实时雨流计数方法，其特征在于，所述的实时雨流循环计数模块中，在有效结温极值点个数不小于3个时，对其最新的三个值求相邻之间的幅值差，结合有效结温极值点的个数进行全循环和半循环的判断。3.根据权利要求1所述的新能源发电功率模块热疲劳分析实时雨流计数方法，其特征在于，所述的雨流滤波器窗宽选择模块中，所述的雨流滤波器窗宽为雨流滤波器第一窗宽、雨流滤波器第二窗宽或雨流滤波器第三窗宽，在发电功率模块裂纹生长的初始阶段，考虑结温摆幅超过雨流滤波器第一窗宽的应力循环；在裂纹扩散阶段，考虑结温摆幅超过雨流滤波器第二窗宽的应力循环；在发电功率模块不稳定阶段，考虑温度摆幅超过雨流滤波器第三窗宽的应力循环，其中；ω1取值范围为（10~15℃］；ω2取值范围为[6~10℃］；ω3取值范围为3~5℃；判断发电功率模块处于使用寿命的哪个阶段是以结壳热阻Z
th(j
‑
c)
为依据，当结壳热阻低于阈值Z1时，对应发电功率模块裂纹生长的初始阶段，选择雨流滤波器第一窗宽，当结壳热阻超过Z1，但小于Z2时，对应发电功率模块的裂纹扩散阶段，选择雨流滤波器第二窗宽；当结壳热阻超过Z2时，对应发电功率模块不稳定阶段，选择雨流滤波器第三窗宽；设发电功率模块的初始结壳热阻为Z0，则Z1=1.05Z0，Z2=1.15Z0。4.根据权利要求3所述的新能源发电功率模块热疲劳分析实时雨流计数方法，其特征在于，所述的结壳热阻计算模块中，结壳热阻由公式(1)计算得到，式中T
j
(t)为功率器件芯片温度，T
c
(t)为模块壳温，P
IGBT
(t)为功率器件芯片的瞬时功率损耗：
(1)。5.根据权利要求1所述的新能源发电功率模块热疲劳分析实时雨流计数方法，其特征在于，所述的数据预处理模块中，将实时结温数据逐个输入实时结温缓存器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王异凡，曾明全，龚金龙，王一帆，骆丽，孙明，王尊，陈晓刚，邵先军，郑一鸣，宋琦华，张恬波，罗皓泽，项恩耀，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：