用于双馈感应发电机的转换器使用期限改善方法技术

本发明专利技术涉及用于双馈感应发电机的转换器使用期限改善方法，本技术包括用于运行转换器以保持转换器的使用期限的方法和系统。在一些实施例中，可以增大转换器的运行频率，使得可以减少在转换器的接合线上的应力。更具体地，实施例包含：计算在最大功率点跟踪(MPPT)模式中运行的转换器的特定运行条件的老化参数，并且确定MPPT运行是否导致使得转换器老化到将转换器的使用期限减少到小于期望的使用期限的点。如果MPPT运行将转换器使用期限减少到小于期望的使用期限，则可以增大转换器的频率，使得可以控制转换器来在某个百分比的MPPT下运行。因此，在一些实施例中，可以相对于保持转换器的期望使用期限来优化功率输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及电源转换器和逆变器领域。更具体地，本专利技术涉及用于防止或预防由于过热导致的电机驱动电路的故障的技术。
技术介绍
电源逆变器和转换器通常使用电源模块来产生期望的输出电流波形，该期望的输出电流波形用于对于诸如电机和其他设备的各种装置供电。该输出电流波形的频率和振幅可能例如通过改变电机的速度或扭矩来影响装置的运行。一些电源模块通过脉宽调制来产生期望的输出电流波形，其中，使得诸如绝缘栅双极晶体管(IGBT)的功率半导体开关迅速地以特定顺序接通和关断，以便产生大体正弦的输出电流波形。此外，高晶体管切换速度趋于产生更平滑的、更理想的正弦波形，这在一些应用中可能是所期望的。例如，在加热、通风和空气调节系统中，更平滑的正弦波形减少系统噪声和振动。然而，更高的晶体管切换速度可能趋于提高晶体管的结温，这可能随着时间导致更多机械应力和增大的晶体管故障率。已经尝试通过限制最大绝对晶体管结温来减少晶体管故障。然而，这些技术未能顾及趋于在启动条件下或低速条件下出现的提高的应力，其中，晶体管趋于经历在低输出频率下的高电流。例如，被用作双馈感应发电机转换器的电源转换器通常可以运行在最大功率点跟踪(MPPT)条件下，在该条件下，该转换器以较低的频率和高输出电流运行。这样的低频条件可以导致转换器的电故障。因此，可能有益的是，提供一种用于减少由于转换器的连续MPPT运行模式导致的热应力的系统和方法。具体地说，可能有益的是，提供一种用于减少晶体管结和壳体的温度变化的方法，所述晶体管结即半导体芯片本身，所述壳体即其中包含半导体芯片的封装。
技术实现思路
本专利技术总体上涉及被设计来解决这样的需求的一种晶体管保护机制配置。实施例包括用于降低转换器的运行频率以避免高结温变化和在接合线上的应力的系统和方法。实施例也包括用于估计预期的结温变化和其他相关联的参数的方法，所述其他相关联的参数例如是转换器的到故障时的周期数量和每秒老化。附图说明当参考附图阅读下面的详细说明时，将变得更好地理解本专利技术的这些和其他特征、方面和优点，在附图中，相似的标记在各个附图中表示相似的部分，其中图1是根据本技术的实施例的、具有可以包括可调整速度逆变器的风电转换器系统的形式的、可变频率驱动器的示例性应用的框图；图2图示根据本技术的实施例的、在图1的示例性应用中的逆变器的示意图；图3是总结根据本技术的实施例的、用于改变转换器的运行模式使得可以保持转换器的特定使用期限的处理的流程图4是用于表示根据本技术的实施例的、在固定风速下的发电机速度范围上的涡轮发电机的功率输出和电扭矩之间的关系的图形；以及图5是用于表示根据本技术的实施例的、在运行频率的范围上的不同风速的功率输出和在MPPT下的运行与在小于MPPT下的运行的比较的图形。具体实施例方式本专利技术的实施例涉及减小由于结的大温度变化导致的在诸如IGBT的固态开关装置上的机械应力。大的结温度变化可能导致特别高的机械应力水平，因为在晶体管封装内的各种材料的不同膨胀率可能导致在丝焊和类似的触点中产生导线裂纹增长(wire crack growth)。因此，降低结温变化可能导致更长持续时间的转换器模块。在本专利技术的实施例中， 通过控制转换模块的运行频率来减少结温变化的副作用。因为最高结温变化趋于在运行条件(例如，启动或低频、高电流条件)期间出现，所以可以监控转换器的老化参数，并且，当老化参数超过特定阈值时，可以提高运行频率。在一些实施例中，提高频率以减少或防止不可接受的老化可能导致在MPPT运行模式之下运行转换器，使得转换器输出小于最大功率电平。因此，在实施例中，可以包括对于转换器使用期限和功率输出两者来优化转换器性能。转到附图，图1描述了根据本公开的、具有可以包括可调整速度逆变器的风电系统10的形式的示例性应用。应当注意，作为示例提供了风电系统10，对于其可以实现调整转换器速度以预防转换器故障的本技术。再一次参见在图1中所示的示例，风电系统10可能适合于使用涡轮叶片12来捕获来自风的功率，并且将所捕获的风功率转换为机械功率，并且将机械功率绘制为电功率。 系统10可以包括连接到涡轮叶片12的涡轮转子14的齿轮箱16。齿轮箱16可以将涡轮转子14的较低速度与发电机18的较高速度适配。发电机18可以将机械功率转换为电功率，并且可以例如是感应发电机或同步发电机。例如，在图1中所示的发电机18可以是双馈感应发电机(DFIG)，DFIG包括转子绕组 20和定子绕组22。发电机18的定子绕组22可以连接到变压器观，变压器28将电功率通过感应耦合的导体转换为用于电网30的适当的电压电平。电网30可以互连的网络，其向各种其他电子装置或网络提供电力。发电机18的转子绕组20可以通过转换器M和逆变器沈连接到电网30，转换器M和逆变器沈使得机械和电频率去耦(例如，以使能变速运行)。系统10可以包括转换器和逆变器模块，转换器和逆变器模块包括三相AC-DC转换器M和三相DC-AC逆变器26。转换器M和逆变器沈可以通过DC电容器电池32而链接。 转换器M可以连接到发电机18的转子绕组20，并且也可以被称为转子侧转换器对。逆变器沈可以通过变压器28连接到电网30，并且也可以被称为电网侧逆变器26。双向转换器和逆变器M和沈可以使能向电网30提供的有功功率和无功功率的向量控制，并且也可以提高功率质量和角稳定性，并且降低向电网30(例如，经由滤波器)引入的谐波含量。转换器M和逆变器沈可以用于改变功率控制的水平，并且有时可以输出较高的功率(电压和电流)。转换器对和逆变器26可以包括晶体管和反向并联二极管，用于切换和转换这样的电压。在一些实施例中，系统10可以包括一个或多个处理器34，用于控制逆变器26的运行。例如，并且如下所述，处理器34可以改变在逆变器沈中的晶体管的切换频率或输出电流，以减少可能被在逆变器中的晶体管的运行影响的功耗和结温变化。处理器34可以进一步适合于执行算法并且计算与逆变器的运行相关联的参数。在图2中提供了在一些实施例中的逆变器沈的一个示例。逆变器沈可以包括多个绝缘栅双极晶体管(IGBT) 40和功率二极管42。每一个二极管42被配置得与相应的 IGBT 40反向并联。IGBT 40和功率二极管42使用接合线44接合到正或负DC线(根据情况而定)和输出线a、b或C。例如，输出46的输出线a、b和c可以输出三相电压^、\和 ν。。用于在输出46处产生离散的三相输出电流波形的IGBT 40的快速导通和截止可能导致传导损耗和切换损耗，这可以导致在IGBT 40处的较高的结温。这样的结温可能导致接合线44的应变和/或变形，这可能缩短逆变器沈的使用期限。虽然在图2中提供的逆变器沈的示例总体上涉及风电系统10的逆变器，但是本实施例可以适用于具有开关晶体管的任何逆变器模块，因为高结温可以使得典型的逆变器的晶体管和/或接合线应变和/或变形。在此使用的逆变器沈可以指的是在电子系统中的任何逆变器模块，并且IGBT 40可以指的是任何类型的开关晶体管(并且不限于IGBT)。因此，本专利技术的实施例包括用于估计在逆变器模块中的峰值结温的方法。在一些实施例中，所估计的峰值结温可以基于IGBT 40的所估计的功耗。此外，IGBT 40的所估计的功耗可以基于IGBT 40的本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种运行转换器的方法，所述方法包括：计算所述转换器的老化参数；如果所述老化参数大于用于实现所述转换器的期望使用期限的阈值参数，则将所述转换器的第一运行模式改变为第二运行模式，其中，将所述转换器的所述第一运行模式改变为所述第二运行模式包括改变来自所述转换器的功率输出。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：韦立祥，拉塞尔·J·克尔克曼，理查德·A·卢卡谢夫斯基，陆海慧，袁震寰，
申请(专利权)人：洛克威尔自动控制技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US