CN109450269B - 风电变流器功率模块的结温检测方法和装置、存储介质 - Google Patents

风电变流器功率模块的结温检测方法和装置、存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种风电变流器功率模块的结温检测方法和装置、存储介质，该方法包括：根据功率模块的IGBT的集电极电流和位于IGBT的集电极和发射极之间的管压降，得到IGBT的瞬时能耗，并根据预定时间段内IGBT的瞬时能耗，得到IGBT的总平均能耗；根据功率模块的二极管的正向电流和正向压降，得到二极管的瞬时能耗，并根据预定时间段内二极管的瞬时能耗，得到二极管的总平均能耗，二极管并联于IGBT的发射极和集电极之间；根据IGBT的总平均能耗、二极管的总平均能耗和冷却介质温度，得到IGBT的结温和二极管的结温。采用本发明实施例中的技术方案，能够根据功率模块中的器件损耗在线计算实时结温，避免因测量偏差而导致的变流器结温响应滞后问题。

Description

风电变流器功率模块的结温检测方法和装置、存储介质
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风电变流器功率模块的结温检测方法和装置、存储介质。
背景技术
风电变流器是风力发电机组电能并网的核心部件，变流器的机侧整流器、网侧逆变器和制动单元中均设有功率模块，功率模块的具体实现形式为半桥或者全桥结构的绝缘栅双极型晶体管(Insulate Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)以及并联于IGBT的集电极和发射极之间的二极管。过电流引起的过温损坏(包括IGBT结温过温和二极管结温过高)为功率模块的主要失效形式，因此，功率模块的实时结温对风电变流器来说是至关重要的。
现有技术中，IGBT的结温需要通过预埋在IGBT节点附近基板上的NTC电阻间接得到，存在测量偏差，这样会造成变流器IGBT结温响应滞后，错过最佳处理时机，最终导致IGBT失效，影响风力发电机组的安全运行。
发明内容
本发明实施例提供了一种风电变流器功率模块的结温检测方法和装置、存储介质，能够根据功率模块中的器件损耗在线计算实时结温，避免因测量偏差而导致的变流器结温响应滞后问题。
第一方面，本发明实施例提供一种风电变流器功率模块的结温检测方法，包括：
根据功率模块的IGBT的集电极电流和位于IGBT的集电极和发射极之间的管压降，得到IGBT的瞬时能耗，并根据预定时间段内IGBT的瞬时能耗，得到IGBT的总平均能耗；
根据功率模块的二极管的正向电流和正向压降，得到二极管的瞬时能耗，并根据预定时间段内二极管的瞬时能耗，得到二极管的总平均能耗，二极管并联于IGBT的发射极和集电极之间；
根据IGBT的总平均能耗、二极管的总平均能耗和冷却介质温度，得到IGBT的结温和二极管的结温。
在第一方面的一种可能的实施例中，IGBT的瞬时能耗包括：IGBT的通态损耗、IGBT的开通损耗和IGBT的关断损耗；根据功率模块的IGBT的集电极电流和位于IGBT的集电极和发射极之间的管压降，得到IGBT的瞬时能耗，包括：根据IGBT导通时的集电极电流和管压降，得到IGBT的通态损耗；根据IGBT开通一次时的集电极电流和管压降，得到IGBT的开通损耗；根据IGBT关断一次时的集电极电流和管压降，得到IGBT的关断损耗。
在第一方面的一种可能的实施例中，根据预定时间段内IGBT的瞬时能耗，得到IGBT的总平均能耗，包括：根据预定时间段内IGBT的通态损耗，计算IGBT的平均通态损耗；根据预定时间段内IGBT的开通损耗，计算IGBT的平均开通损耗；根据预定时间段内IGBT的关断损耗，计算IGBT的平均关断损耗；将IGBT的平均通态损耗、IGBT的平均开通损耗和IGBT的平均关断损耗的和值，作为IGBT的总平均能耗。
在第一方面的一种可能的实施例中，二极管的瞬时能耗包括：二极管的通态损耗和二极管的反向恢复损耗；根据功率模块的二极管的正向电流和正向压降，得到二极管的瞬时能耗，包括：根据二极管导通时的正向电流和正向压降，得到二极管的通态损耗；根据二极管反向恢复时的正向电流和正向压降，得到二极管的反向恢复损耗。
在第一方面的一种可能的实施例中，根据预定时间段内二极管的瞬时能耗，得到二极管的总平均能耗，包括：根据预定时间段内二极管的通态损耗，计算二极管的平均通态损耗；根据预定时间段内二极管的反向恢复损耗，计算IGBT的平均反向恢复损耗；将二极管的平均通态损耗和二极管的平均反向恢复损耗的和值，作为二极管的总平均能耗。
在第一方面的一种可能的实施例中，根据IGBT的总平均能耗、二极管的总平均能耗和冷却介质温度，得到IGBT的结温和二极管的结温，包括：计算IGBT的总平均能耗和二极管的总平均能耗之和与第一热阻的乘积，将该乘积与冷却介质温度的和作为功率模块的壳温；计算IGBT的总平均能耗与第二热阻的乘积，将该乘积与功率模块的结温的和，作为IGBT的结温；计算二极管的总平均能耗与第三热阻的乘积，将该乘积与功率模块的壳温的和，作为二极管的结温。
在第一方面的一种可能的实施例中，在得到IGBT的结温和二极管的结温步骤之后，结温检测方法还包括：对功率模块的壳温和壳温阈值进行比较；若功率模块的壳温小于壳温阈值，则确定IGBT的结温和二极管的结温有效。
在第一方面的一种可能的实施例中，在得到IGBT的结温和二极管的结温步骤之后，结温检测方法还包括：对IGBT的结温与第一结温预警阈值进行比较，并对二极管的结温与第二结温预警阈值进行比较；若IGBT的结温大于第一结温预警阈值或者二极管的结温大于第二结温预警阈值，则向风力发电机组的主控制器发出表示功率模块将发生结温故障的预警信息，并控制风力发电机组降功率运行。
第二方面，本发明实施例提供一种风电变流器功率模块的结温检测装置，包括：IGBT能耗计算模块，用于根据IGBT的集电极电流和位于IGBT的集电极和发射极之间的管压降，得到IGBT的瞬时能耗，并根据预定时间段内IGBT的瞬时能耗，得到IGBT的总平均能耗；二极管能耗计算模块，用于根据二极管的正向电流和正向压降，得到二极管的瞬时能耗，并根据预定时间段内二极管的瞬时能耗，得到二极管的总平均能耗，二极管并联于IGBT的发射极和集电极之间；结温计算模块，用于根据IGBT的总平均能耗、二极管的总平均能耗和冷却介质温度，得到IGBT的结温和二极管的结温。
在第二方面的一种可能的实施方式中，结温检测装置设置在风电变流器控制器中。
第三方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，程序被处理器执行时实现如上所述的风电变流器功率模块的结温检测方法。
如上所述，本发明实施例能够根据IGBT的集电极电流和位于IGBT的集电极和发射极之间的管压降得到IGBT的瞬时能耗，并根据二极管的正向电流和正向压降得到二极管的瞬时能耗；然后根据预定时间段内IGBT的瞬时能耗得到IGBT的总平均能耗，并根据预定时间段内二极管的瞬时能耗；最后根据IGBT的总平均能耗、二极管的总平均能耗和冷却介质温度，得到IGBT的结温和二极管的结温。
与现有技术中的需要通过预埋在IGBT节点附近基板上的NTC电阻间接测量IGBT的结温相比，由于本发明实施例能够根据功率模块中IGBT和二极管的损耗在线计算IGBT的结温，因此，能够避免因测量偏差而导致的变流器结温响应滞后问题，确保风力发电机组的稳定运行。
另外，与现有技术中的仅能够检测到IGBT的结温相比，本发明实施例还能够检测到二极管的结温，从而能够开展与二极管结温相关的过温保护策略，进一步确保风力发电机组的稳定运行。
附图说明
从下面结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
图1为本发明实施例涉及的功率模块的结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的变流器功率模块的结温检测方法的流程示意图；
图3为本发明另一实施例提供的变流器功率模块的结温检测方法的流程示意图；
图4为本发明又一实施例提供的变流器功率模块的结温检测方法的流程示意图；
图5为本发明再一实施例提供的变流器功率模块的结温检测方法的流程示意图；
图6为本发明实施例提供的变流器功率模块的结温检测装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。
本发明实施例提供了一种风电变流器功率模块的结温检测方法和装置、存储介质，采用本发明实施例中的技术方案，能够根据功率模块中的器件损耗在线计算实时结温，避免因测量偏差而导致的变流器结温响应滞后问题，同时，能够提前给出过温预警，防止器件损坏，有效降低变流器中功率模块的失效率，确保风力发电机组的稳定运行，同时降低维护维修成本。
图1为本发明实施例涉及的功率模块的结构示意图。
图1中示出的功率模块包含1组IGBT和二极管D，其中，G表示IGBT的栅极，E表示IGBT的发射极，C表示IGBT的集电极，由单组IGBT和二极管D组成的功率单元称为半桥结构，用在变流器制动单元中。
功率模块也可以包含多组IGBT和二极管D(图中未示出)，由两组IGBT和二极管D组成的功率单元为全桥结构，用在变流器机侧整流器和网侧逆变器中。
图2为本发明一实施例提供的变流器功率模块的结温检测方法的流程示意图。如图2所示，该结温检测方法包括步骤201至步骤203，用于对单组IGBT和二极管的结温检测进行说明。
在步骤201中，根据功率模块的IGBT的集电极电流和位于IGBT的集电极和发射极之间的管压降，得到IGBT的瞬时能耗，并根据预定时间段内IGBT的瞬时能耗，得到IGBT的总平均能耗。
在步骤202中，根据功率模块的二极管的正向电流和正向压降，得到二极管的瞬时能耗，并根据预定时间段内二极管的瞬时能耗，得到二极管的总平均能耗。
在步骤203中，根据IGBT的总平均能耗、二极管的总平均能耗和冷却介质温度，得到IGBT的结温和二极管的结温。
如上所述，本发明实施例能够根据IGBT的集电极电流和位于IGBT的集电极和发射极之间的管压降得到IGBT的瞬时能耗，并根据二极管的正向电流和正向压降得到二极管的瞬时能耗；然后根据预定时间段内IGBT的瞬时能耗得到IGBT的总平均能耗，并根据预定时间段内二极管的瞬时能耗；最后根据IGBT的总平均能耗、二极管的总平均能耗和冷却介质温度，得到IGBT的结温和二极管的结温。
与现有技术中的需要通过预埋在IGBT节点附近基板上的NTC电阻间接测量IGBT的结温相比，由于本发明实施例能够根据功率模块中IGBT和二极管的损耗在线计算IGBT的结温，因此，能够避免因测量偏差而导致的变流器结温响应滞后问题，确保风力发电机组的稳定运行。
另外，与现有技术中的仅能够检测到IGBT的结温相比，本发明实施例还能够检测到二极管的结温，从而能够开展与二极管结温相关的过温保护策略，进一步确保风力发电机组的稳定运行。
在一示例中，根据IGBT所处的工作状态不同，IGBT的瞬时能耗包括：IGBT的通态损耗、IGBT的开通损耗和IGBT的关断损耗。
图3为本发明另一实施例提供的变流器功率模块的结温检测方法的流程示意图，图3与图2的不同之处在于，图2中的步骤201可细化为图3中的步骤2011至步骤2014，用于说明IGBT的能耗计算过程。
在步骤2011中，根据IGBT导通时的集电极电流和管压降，得到IGBT的通态损耗，并根据预定时间段内IGBT的通态损耗，计算IGBT的平均通态损耗。
在步骤2012中，根据IGBT开通一次时的集电极电流和管压降，得到IGBT的开通损耗，并根据预定时间段内IGBT的开通损耗，计算IGBT的平均开通损耗。
在步骤2013中，根据IGBT关断一次时的集电极电流和管压降，得到IGBT的关断损耗，并根据预定时间段内IGBT的关断损耗，计算IGBT的平均关断损耗。
在步骤2014中，将IGBT的平均通态损耗、IGBT的平均开通损耗和IGBT的平均关断损耗的和值，作为IGBT的总平均能耗。
下面举例对图3中的IGBT的能耗计算过程进行详细说明。
3.1、计算IGBT的通态损耗及平均通态损耗
IGBT导通时，集电极流入的电流Ic会在集电极和发射极之间产生管压降Vce，管压降Vce与集电极电流Ic的乘积即为IGBT的通态损耗。
由于IGBT的结温、集电极电流Ic和管压降Vce均影响IGBT的通态损耗。在结温恒定的前提下，集电极电流Ic和管压降Vce呈单调非线性关系，为准确在线计算IGBT的通态损耗，可以先对集电极电流Ic和管压降Vce的数学关系进行曲线拟合，得到拟合表达式：
Figure BDA0001904487830000071
其中，Vce(T,Ic)为导通压降与结温、导通电流之间的关系，由a(T)、b(T)、c(T)、d(T)、e(T)表示；其中，a(T)的展开式为：a1·T2+a2·T+a3，b(T)的展开式为：b1·T2+b2·T+b3，c(T)的展开式为：c1·T2+c2·T+c3，d(T)的展开式为：d1·T2+d2·T+d3，e(T)的展开式为：e1·T2+e2·T+e3；其中，a1、a2、a3，b1、b2、b3，c1、c2、c3，d1、d2、d3，e1、e2、e3可以通过曲线拟合的方式获得。
IGBT的通态损耗pcon_IGBT的表达式为：
pcon_IGBT＝Vce(T,Ic)×Ic (2)
t时间段内IGBT的平均通态损耗
Figure BDA0001904487830000072
的表达式为：
Figure BDA0001904487830000073
3.2、计算IGBT的开通损耗及平均开通损耗
IGBT开通一次的能量损耗Eon与开通时刻的结温T、集电极电流Ic、集电极与发射极之间的电压Vce有关，在结温恒定的前提下，IGBT开通一次的能量损耗Eon与集电极电流Ic的单调非线性关系：
Figure BDA0001904487830000074
其中，Eon(T,Ic)为IGBT开通一次的能量损耗与结温、导通电流之间的关系，由aon(T)、bon(T)、con(T)、don(T)表示；其中，aon(T)的展开式为：aon1(T)+aon2(T)，bon(T)的展开式为：bon1(T)+bon2(T)，con(T)的展开式为：con1(T)+con2(T)，don(T)的展开式为：don1(T)+don2(T)，其中，aon1(T)、aon2(T)，bon1(T)、bon2(T)，con1(T)、con2(T)，don1(T)、don2(T)可以通过曲线拟合的方式获得。
考虑电压Vce的影响，IGBT开通一次能量损耗的表达式为：
Eon＝Eon(T,Ic)×Vce/1800 (5)
t时间段内IGBT的平均开通损耗
Figure BDA0001904487830000081
的表达式为：
Figure BDA0001904487830000082
其中，N为t时间段IGBT的总的开通次数。
3.3、计算IGBT的关断损耗及平均关断损耗
IGBT关断一次的能量损耗Eoff与关断时刻的结温T、集电极电流Ic、集电极与发射极之间的电Vce有关，在结温恒定的前提下，IGBT关断一次的能量损耗Eoff与集电极电流Ic的单调非线性关系可表达为：
Figure BDA0001904487830000083
其中，Eoff(T,Ic)为IGBT关断一次的能量损耗与结温、导通电流之间的关系，由aoff(T)、boff(T)、coff(T)表示；其中，aoff(T)的展开式为：aoff1(T)+aoff2(T)，boff(T)的展开式为：boff1(T)+boff2(T)，coff(T)的展开式为：coff1(T)+coff2(T)，其中，aoff1(T)、aoff2(T)，boff1(T)、boff2(T)，coff1(T)、coff2(T)可以通过曲线拟合的方式获得。
考虑电压Vce的影响，IGBT关断一次的能量损耗的表达式为：
Eoff＝Eoff(T,Ic)×Vce/1800 (8)
t时间段内IGBT的平均关断损耗
Figure BDA0001904487830000084
的表达式为：
Figure BDA0001904487830000085
其中，N为t时间段IGBT的总的关断次数。
3.4、计算IGBT的总平均能耗
Figure BDA0001904487830000086
Figure BDA0001904487830000087
同理，根据二极管所处工作状态的不同，二极管的瞬时能耗包括：二极管的通态损耗和二极管的反向恢复损耗。
图4为本发明又一实施例提供的变流器功率模块的结温检测方法的流程示意图，图4与图2的不同之处在于，图2中的步骤202可细化为图4中的步骤2021至步骤2023，用于举例说明二极管的能耗计算过程。
在步骤2021中，根据二极管导通时的正向电流和正向压降，得到二极管的通态损耗，根据预定时间段内二极管的通态损耗，计算二极管的平均通态损耗。
在步骤2022中，根据二极管反向恢复时的正向电流和正向压降，得到二极管的反向恢复损耗，根据预定时间段内二极管的反向恢复损耗，计算IGBT的平均反向恢复损耗。
在步骤2023中，将二极管的平均通态损耗和二极管的平均反向恢复损耗的和值，作为二极管的总平均能耗。
下面举例对图4中的二极管的能耗计算过程进行详细说明。
4.1、计算二极管的通态损耗及平均通态损耗
二极管在通态时，正向电流流过二级管会造成正向压降，正向压降与正向电流的乘积即为二极管的通态功率损耗。
由于二极管的结温、正向电流和正向压降均影响二极管的通态损耗。在结温恒定的前提下，二极管的正向电流和正向压降之间的单调非线性关系可表达为：
Figure BDA0001904487830000091
其中，VF(T,IF)为二极管导通正向压降与结温、导通电流之间的关系，用aF(T)、bF(T)、cF(T)、dF(T)、eF(T)表示；其中，aF(T)的展开式为：aF1·T2+aF2·T+aF3，bF(T)的展开式为：bF1·T2+bF2·T+bF3，cF(T)的展开式为：cF1·T2+cF2·T+cF3，dF(T)的展开式为：dF1·T2+dF2·T+dF3，eF(T)的展开式为：eF1·T2+eF2·T+eF3；其中，aF1、aF2、aF3，bF1、bF2、bF3，cF1、cF2、cF3，dF1、dF2、dF3，eF1、eF2、eF3可以通过曲线拟合的方式获得。
二极管的通态损耗pcon_Doide的表达式为：
pcon_Doide＝VF(T,IF)·IF (12)
t时间段内二极管的平均通态损耗
Figure BDA0001904487830000092
的表达式为：
Figure BDA0001904487830000101
4.2、计算二极管的反向恢复损耗及平均反向恢复损耗
二极管反向恢复能量损耗Erec与关断时刻的结温T、关断时刻的正向电流IF、电压VF有关，在结温恒定的前提下，二极管反向恢复一次的能量损耗Erec与二极管电流IF呈单调非线性关系：
Figure BDA0001904487830000102
其中，Erec(T,Ic)为二极管反向恢复一次的能量损耗与结温、导通电流之间的关系，由arec(T)、brec(T)、crec(T)和drec(T)表示；其中，arec(T)的展开式为：arec1(T)+arec2(T)，brec(T)的展开式为：brec1(T)+brec2(T)，crec(T)的展开式为：crec1(T)+crec2(T)，drec(T)的展开式为：drec1(T)+drec2(T)；其中，arec1(T)、arec2(T)、brec1(T)、brec2(T)、crec1(T)、crec2(T)、drec1(T)、drec2(T)可以通过曲线拟合的方式获得。
考虑VF的影响，二极管反向恢复能量损耗的表达式为：
Erec＝Erec(T,IF)×VF/1800 (15)
t时间段内二极管的平均反向恢复损耗
Figure BDA0001904487830000103
的表达式为：
Figure BDA0001904487830000104
其中，N为t时间段二极管的总的反向恢复次数。
4.3、计算IGBT的总平均能耗
Figure BDA0001904487830000105
Figure BDA0001904487830000106
图5为本发明再一实施例提供的变流器功率模块的结温检测方法的流程示意图，图5与图2的不同之处在于，图2中的步骤203可细化为图5中的步骤2031至步骤2033，用于具体说明IGBT的结温和二极管的结温的计算过程。
在步骤2031中，计算IGBT的总平均能耗和二极管的总平均能耗之和与第一热阻的乘积，将该乘积与冷却介质温度的和作为功率模块的壳温。
在步骤2032中，计算IGBT的总平均能耗与第二热阻的乘积，将该乘积与功率模块的结温的和，作为IGBT的结温；
在步骤2033中，计算二极管的总平均能耗与第三热阻的乘积，将该乘积与功率模块的壳温的和，作为二极管的结温。
示例性地，可以将IGBT的总平均能耗
Figure BDA0001904487830000111
和二极管的总平均能耗、
Figure BDA0001904487830000112
带入开关器件热模型，得到：
Figure BDA0001904487830000113
Figure BDA0001904487830000114
Figure BDA0001904487830000115
其中，Rjc_IGBT、Rch_IGBT、Rjc_Doide、Rch_Doide、RhW为热阻，，Twater为冷却介质温度，Theat_sink为IGBT模块的壳温，Tj_IGBT为IGBT的结温，Tj_Doide为二极管的结温。
具体计算时，可以将IGBT和二极管得平均损耗计算方法和开关器件热模型组合在一起，通过Tj_IGBT和Tj_Doide反复迭代，得出IGBT模块的壳温，以及IGBT的结温和二极管的结温。
进一步地，可以对功率模块的壳温和壳温阈值进行比较，若功率模块的壳温小于壳温阈值，则说明壳温计算结果在合理范围内，可以确定IGBT的结温和二极管的结温有效；反之，若功率模块的壳温大于等于壳温阈值，则说明壳温计算结果不在合理范围内，可以确定IGBT的结温和二极管的结温无效，从而避免因结温计算结果不合理而引起的误判问题。
进一步地，还可以对IGBT的结温与第一结温预警阈值进行比较，并对二极管的结温与第二结温预警阈值进行比较，如果IGBT的结温大于第一结温预警阈值或者二极管的结温大于第二结温预警阈值，说明按照目前功率持续运行下去，变流器功率模块的结温将很快超限，此时，应向风力发电机组的主控制器发出表示功率模块将发生结温故障的预警信息，由主控制器控制风力发电机组降功率运行，从而及时避免因变流器发生结温故障而引起的安全问题。
在一示例中，可以通过CAN通信协议，将上述预警信息发送至风力发电机组的主控制器。
图6为本发明实施例提供的变流器功率模块的结温检测装置的结构示意图。如图6所示，该结温检测装置包括IGBT能耗计算模块601、二极管能耗计算模块602和结温计算模块603。
其中，IGBT能耗计算模块601用于根据IGBT的集电极电流和位于IGBT的集电极和发射极之间的管压降，得到IGBT的瞬时能耗，并根据预定时间段内IGBT的瞬时能耗，得到IGBT的总平均能耗。
二极管能耗计算模块602用于根据二极管的正向电流和正向压降，得到二极管的瞬时能耗，并根据预定时间段内二极管的瞬时能耗，得到二极管的总平均能耗，二极管并联于IGBT的发射极和集电极之间。
结温计算模块603用于根据IGBT的总平均能耗、二极管的总平均能耗和冷却介质温度，得到IGBT的结温和二极管的结温。
需要说明的是，上述结温检测装置可以设置在风电变流器控制器中，以避免改变现有硬件的结构，也可以是具有独立运行功能的逻辑器件，此处不进行限定。
此外，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，程序被处理器执行时实现如上所述的风电变流器功率模块的结温检测方法。
需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。对于装置实施例而言，相关之处可以参见方法实施例的说明部分。本发明实施例并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。本领域的技术人员可以在领会本发明实施例的精神之后，作出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。
以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明实施例的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。
本发明实施例可以以其他的具体形式实现，而不脱离其精神和本质特征。例如，特定实施例中所描述的算法可以被修改，而系统体系结构并不脱离本发明实施例的基本精神。因此，当前的实施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本发明实施例的范围由所附权利要求而非上述描述定义，并且，落入权利要求的含义和等同物的范围内的全部改变从而都被包括在本发明实施例的范围之中。

Claims (10)

1.一种风电变流器功率模块的结温检测方法，其中，包括：
根据功率模块的IGBT的集电极电流和位于所述IGBT的集电极和发射极之间的管压降，得到所述IGBT的瞬时能耗，并根据预定时间段内所述IGBT的瞬时能耗，得到所述IGBT的总平均能耗；
根据所述功率模块的二极管的正向电流和正向压降，得到所述二极管的瞬时能耗，并根据所述预定时间段内所述二极管的瞬时能耗，得到所述二极管的总平均能耗，所述二极管并联于所述IGBT的发射极和集电极之间；
根据所述IGBT的总平均能耗、所述二极管的总平均能耗和冷却介质温度，得到所述IGBT的结温和所述二极管的结温；
所述IGBT的瞬时能耗包括：所述IGBT的通态损耗、所述IGBT的开通损耗和所述IGBT的关断损耗；
所述根据功率模块的IGBT的集电极电流和位于所述IGBT的集电极和发射极之间的管压降，得到所述IGBT的瞬时能耗，包括：
通过对所述IGBT导通时的集电极电流和管压降进行曲线拟合，依据拟合曲线，得到所述IGBT的通态损耗；其中，
对集电极电流Ic和管压降Vce的数学关系进行曲线拟合，得到拟合表达式：
Figure FDF0000008842030000011
其中，Vce(T，Ic)为导通压降与结温、导通电流之间的关系，由a(t)、b(T)、c(T)、d(T)、e(T)表示；其中，a(T)的展开式为：a1·T2+a2·T+a3，b(T)的展开式为：b1·t2+b2·t+b3，c(t)的展开式为：c1·t2+c2·t+c3，d(t)的展开式为：d1·t2+d2·t+d3，e(t)的展开式为：e1·t2+e2·t+e3；其中，a1、a2、a3，b1、b2、b3，c1、c2、c3，d1、d2、d3，e1、e2、e3可以通过曲线拟合的方式获得；
IGBT的通态损耗pcon_IGBT的表达式为：
pcon_IGBT＝Vce(t，Ic)×Ic
通过对所述IGBT开通一次时的集电极电流和管压降进行曲线拟合，依据拟合曲线，得到所述IGBT的开通损耗；
IGBT开通一次的能量损耗Eon与集电极电流Ic的单调非线性关系：
Figure FDF0000008842030000021
其中，Eon(t，Ic)为IGBT开通一次的能量损耗与结温、导通电流之间的关系，由aon(t)、bon(t)、con(t)、don(t)表示；其中，aon(t)的展开式为：aon1(t)+aon2(t)，bon(t)的展开式为：bon1(t)+bon2(t)，con(t)的展开式为：con1(t)+con2(t)，don(T)的展开式为：don1(t)+don2(T)，其中，aon1(T)、aon2(T)，bon1(T)、bon2(T)，con1(T)、con2(T)，don1(T)、don2(t)可以通过曲线拟合的方式获得；
考虑电压Vce的影响，IGBT开通一次能量损耗的表达式为：
Eon＝Eon(t，Ic)×Vce/1800；
通过对根据所述IGBT关断一次时的集电极电流和管压降进行曲线拟合，依据拟合曲线，得到所述IGBT的关断损耗；
IGBT关断一次的能量损耗Eoff与集电极电流Ic的单调非线性关系可表达为：
Figure FDF0000008842030000022
其中，Eoff(t，Ic)为IGBT关断一次的能量损耗与结温、导通电流之间的关系，由aoff(t)、boff(t)、coff(t)表示；其中，aoff(t)的展开式为：aoff1(t)+aoff2(t)，boff(t)的展开式为：boff1(t)+boff2(T)，coff(T)的展开式为：coff1(T)+coff2(T)，其中，aoff1(t)、aoff2(t)，boff1(T)、boff2(T)，coff1(t)、coff2(t)可以通过曲线拟合的方式获得；
考虑电压Vce的影响，IGBT关断一次的能量损耗的表达式为：
Eoff＝Eoff(T，Ic)×Vce/1800。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据预定时间段内所述IGBT的瞬时能耗，得到所述IGBT的总平均能耗，包括：
根据所述预定时间段内所述IGBT的通态损耗，计算所述IGBT的平均通态损耗；
根据所述预定时间段内所述IGBT的开通损耗，计算所述IGBT的平均开通损耗；
根据所述预定时间段内所述IGBT的关断损耗，计算所述IGBT的平均关断损耗；
将所述IGBT的平均通态损耗、所述IGBT的平均开通损耗和所述IGBT的平均关断损耗的和值，作为所述IGBT的总平均能耗。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述二极管的瞬时能耗包括：所述二极管的通态损耗和所述二极管的反向恢复损耗；
所述根据所述功率模块的二极管的正向电流和正向压降，得到所述二极管的瞬时能耗，包括：
根据所述二极管导通时的正向电流和正向压降，得到所述二极管的通态损耗；
根据所述二极管反向恢复时的正向电流和正向压降，得到所述二极管的反向恢复损耗。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述根据所述预定时间段内所述二极管的瞬时能耗，得到所述二极管的总平均能耗，包括：
根据所述预定时间段内所述二极管的通态损耗，计算所述二极管的平均通态损耗；
根据所述预定时间段内所述二极管的反向恢复损耗，计算所述IGBT的平均反向恢复损耗；
将所述二极管的平均通态损耗和所述二极管的平均反向恢复损耗的和值，作为所述二极管的总平均能耗。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据所述IGBT的总平均能耗、所述二极管的总平均能耗和冷却介质温度，得到所述IGBT的结温和所述二极管的结温，包括：
计算所述IGBT的总平均能耗和所述二极管的总平均能耗之和与第一热阻的乘积，将该乘积与所述冷却介质温度的和作为所述功率模块的壳温；
计算所述IGBT的总平均能耗与第二热阻的乘积，将该乘积与所述功率模块的结温的和，作为所述IGBT的结温；
计算所述二极管的总平均能耗与第三热阻的乘积，将该乘积与所述功率模块的壳温的和，作为所述二极管的结温。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述得到所述IGBT的结温和所述二极管的结温步骤之后，还包括：
对所述功率模块的壳温和壳温阈值进行比较；
若所述功率模块的壳温小于所述壳温阈值，则确定所述IGBT的结温和所述二极管的结温有效。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述得到所述IGBT的结温和所述二极管的结温步骤之后，还包括：
对所述IGBT的结温与第一结温预警阈值进行比较，并对所述二极管的结温与第二结温预警阈值进行比较；
若所述IGBT的结温大于所述第一结温预警阈值或者所述二极管的结温大于所述第二结温预警阈值，则向风力发电机组的主控制器发出表示所述功率模块将发生结温故障的预警信息，并控制所述风力发电机组降功率运行。
8.一种风电变流器功率模块的结温检测装置，其中，包括：
IGBT能耗计算模块，用于根据功率模块的IGBT的集电极电流和位于所述IGBT的集电极和发射极之间的管压降，得到所述IGBT的瞬时能耗，并根据预定时间段内所述IGBT的瞬时能耗，得到所述IGBT的总平均能耗；
二极管能耗计算模块，用于根据所述功率模块的二极管的正向电流和正向压降，得到所述二极管的瞬时能耗，并根据所述预定时间段内所述二极管的瞬时能耗，得到所述二极管的总平均能耗，所述二极管并联于所述IGBT的发射极和集电极之间；
结温计算模块，用于根据所述IGBT的总平均能耗、所述二极管的总平均能耗和冷却介质温度，得到所述IGBT的结温和所述二极管的结温；
其中，所述IGBT的瞬时能耗包括：所述IGBT的通态损耗、所述IGBT的开通损耗和所述IGBT的关断损耗；
所述结温计算模块，具体用于：
通过对所述IGBT导通时的集电极电流和管压降进行曲线拟合，依据拟合曲线，得到所述IGBT的通态损耗；通过对所述IGBT开通一次时的集电极电流和管压降进行曲线拟合，依据拟合曲线，得到所述IGBT的开通损耗；通过对根据所述IGBT关断一次时的集电极电流和管压降进行曲线拟合，依据拟合曲线，得到所述IGBT的关断损耗；
其中，
对集电极电流Ic和管压降Vce的数学关系进行曲线拟合，得到拟合表达式：
Figure FDF0000008842030000051
其中，Vce(T，Ic)为导通压降与结温、导通电流之间的关系，由a(T)、b(T)、c(t)、d(T)、e(T)表示；其中，a(T)的展开式为：a1·T2+a2·T+a3，b(T)的展开式为：b1·t2+b2·t+b3，c(t)的展开式为：c1·t2+c2·t+c3，d(t)的展开式为：d1·t2+d2·t+d3，e(t)的展开式为：e1·t2+e2·t+e3；其中，a1、a2、a3，b1、b2、b3，c1、c2、c3，d1、d2、d3，e1、e2、e3可以通过曲线拟合的方式获得；
IGBT的通态损耗pcon_IGBT的表达式为：
pcon_IGBT＝Vce(t，Ic)×Ic；
IGBT开通一次的能量损耗Eon与集电极电流Ic的单调非线性关系：
Figure FDF0000008842030000053
其中，Eon(t，Ic)为IGBT开通一次的能量损耗与结温、导通电流之间的关系，由aon(t)、bon(T)、con(T)、don(T)表示；其中，aon(T)的展开式为：aon1(T)+aon2(T)，bon(T)的展开式为：bon1(T)+bon2(t)，con(t)的展开式为：con1(T)+con2(T)，don(T)的展开式为：don1(T)+don2(t)，其中，aon1(T)、aon2(T)，bon1(T)、bon2(T)，con1(T)、con2(T)，don1(T)、don2(T)可以通过曲线拟合的方式获得；
考虑电压Vce的影响，IGBT开通一次能量损耗的表达式为：
Eon＝Eon(T，Ic)×Vce/1800；
IGBT关断一次的能量损耗Eoff与集电极电流Ic的单调非线性关系可表达为：
Figure FDF0000008842030000052
其中，Eoff(t，Ic)为IGBT关断一次的能量损耗与结温、导通电流之间的关系，由aoff(t)、boff(t)、coff(t)表示；其中，aoff(t)的展开式为：aoff1(t)+aoff2(t)，boff(t)的展开式为：boff1(t)+boff2(t)，coff(t)的展开式为：coff1(T)+coff2(T)，其中，aoff1(T)、aoff2(T)，boff1(t)、boff2(t)，coff1(t)、coff2(t)可以通过曲线拟合的方式获得；
考虑电压Vce的影响，IGBT关断一次的能量损耗的表达式为：
Eoff＝Eoff(T，Ic)×Vce/1800。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述装置设置在风电变流器控制器中。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有程序，其中，程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一项所述的风电变流器功率模块的结温检测方法。
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