IGBT模塊實時溫度及其在的快速求解算法三相換流器中的應用.pdf

1、換流器作為交、直流轉換的設備，被廣泛運用于特高壓直流輸電、新能源發(fā)電、航空航天、高速鐵路、電動汽車等領域，然而這些場合通常工作環(huán)境惡劣，并且輸出功率波動劇烈，使得換流器內部絕緣柵雙極晶體管（IGBT）模塊因熱失效的問題越來越嚴重。因此，獲取換流器內部IGBT模塊的實時溫度對于模塊本身的高效散熱設計、拓撲結構優(yōu)化，以及換流器系統(tǒng)的長期可靠性評估等方面具有重要的科學與工程意義。然而，現(xiàn)有模型及仿真算法耗時嚴重，難以實現(xiàn)換流器內部 IGBT模

2、塊實時溫度的工程求解需求。因此，尋求一種更為高效的IGBT模塊實時溫度的求解算法，已成為換流器應用領域最迫切需要完成的重要任務之一。
　　本文改變直接法求解IGBT模塊實時溫度的傳統(tǒng)思想，提出了一種運用擬合及插值算法計算 IGBT模塊功率損耗，而后基于電熱比擬理論推導的傳熱差分方程求解IGBT模塊實時溫度的方法，實現(xiàn)了換流器內部IGBT模塊實時溫度的快速求解。主要研究內容如下：
　　1）引入功率損耗行為模型的建模思想，通過減

3、少通態(tài)損耗模型線性近似處理次數(shù)，并依據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)手冊擬合推導了驅動電壓對損耗的影響函數(shù)，從而采用擬合及插值的方法，構建了一種適用于IGBT模塊動態(tài)電熱耦合仿真的優(yōu)化功率損耗模型。
　　2）借鑒直接法在同一電路仿真器求解 IGBT模塊實時溫度的思想，基于電熱比擬理論，推導了IGBT模塊集中參數(shù)的傳熱差分方程，進而提出了基于動態(tài)電熱耦合的實時溫度快速求解算法。
　　3）聯(lián)合華北電力大學，基于原國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院的實驗平臺，進行了兩

4、電平三相逆變器內部IGBT模塊的動態(tài)特性測量實驗。結果表明，與傳統(tǒng)動態(tài)電熱耦合功耗模型相比，本文提出的優(yōu)化功耗模型計算精度平均提高了9.21％；在同等精度下，與實時溫度求解的傳統(tǒng)直接法相比，所提算法計算復雜度降低可達千倍量級。
　　4）以最為典型、廣泛的換流器——三相電壓源逆變器、整流器為例，基于構建的IGBT模塊實時溫度快速求解算法，求解并獲得了不同典型開關頻率、輸出頻率及功率因數(shù)對三相換流器內部 IGBT模塊實時溫度的影響規(guī)律