CN109682621A - 用于功率模块的散热装置的故障检测方法、装置、系统 - Google Patents

用于功率模块的散热装置的故障检测方法、装置、系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种用于功率模块的散热装置的故障检测方法、装置、存储介质。该故障检测方法包括：检测散热装置的当前特征热阻，特征热阻为功率模块当前的温度变化值和发热功率的比值，散热装置与功率模块相邻设置；计算当前特征热阻和预设的标准特征热阻的差值；将差值与预设差值阈值进行比较，得到比较结果；根据比较结果，确定散热装置的运行状态。采用本发明实施例能够对功率模块的散热装置进行故障检测，从而避免其在故障状态下持续运行。

Description

用于功率模块的散热装置的故障检测方法、装置、系统
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种用于功率模块的散热装置的故障检测方法、装置、系统。
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。变流器包括机侧功率模块和网侧功率模块，功率模块的具体结构为一组或者多组IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)器件，IGBT器件工作时会产生大量热量，因此，需要利用散热装置进行散热。常用的散热装置包括水冷板或者风冷散热器。正常工作时，水冷板中水流或者风冷散热器中的风流经过散热装置并带走大量热量，
但是，水冷板或者风冷散热器可能会发生堵塞等故障问题，导致散热能力降低，这种情况下，如果功率模块的散热装置一直持续运行将会使得变流器功率模块温度过高，影响变流器功率模块的运行安全。
发明内容
本发明实施例提供了一种用于功率模块的散热装置的故障检测方法、装置、系统，能够对功率模块的散热装置进行故障检测，从而避免其在故障状态下持续运行。
第一方面，本发明实施例提供一种用于功率模块的散热装置的故障检测方法，该故障检测方法包括：
检测散热装置的当前特征热阻，特征热阻为功率模块当前的温度变化值和发热功率的比值，散热装置与功率模块相邻设置；
计算当前特征热阻和预设的标准特征热阻的差值；
将差值与预设差值阈值进行比较，得到比较结果；
根据比较结果，确定散热装置的运行状态。
在第一方面的一种可能的实施方式中，根据比较结果，确定散热装置的运行状态，包括：若差值大于预设差值阈值，确定散热装置处于故障运行状态；若差值小于等于预设差值阈值，确定散热装置处于正常运行状态。
在第一方面的一种可能的实施方式中，功率模块当前的温度变化值由散热装置当前的进口温度和出口温度确定。
在第一方面的一种可能的实施方式中，功率模块当前的温度变化值由功率模块中靠近散热装置设置的负温度系数电阻当前的温度和散热装置当前的出口温度确定。
在第一方面的一种可能的实施方式中，散热装置包括水冷板或者风冷散热器。
第二方面，本发明实施例提供一种用于功率模块的散热装置的故障检测装置，散热装置与功率模块相邻设置，该故障检测装置包括：
特征热阻检测模块，用于特征热阻检测模块，用于检测散热装置的当前特征热阻，当前特征热阻为功率模块当前的温度变化值和发热功率的比值；
差值计算模块，用于计算当前特征热阻和预设的标准特征热阻的差值；
比较处理模块，用于将差值与预设差值阈值进行比较，得到比较结果；
判断处理模块，用于根据比较结果，确定散热装置的运行状态。
在第二方面的一种可能的实施方式中，该故障检测装置设置于风力发电机组的变流器控制器中。
第三方面，本发明实施例提供一种用于功率模块的散热装置的故障检测系统，该故障检测系统包括：如上所述的用于功率模块的散热装置的故障检测装置和温度传感器组件；其中，温度传感器组件用于确定功率模块当前的温度变化值；故障检测装置用于检测散热装置的当前特征热阻，计算当前特征热阻和预设的标准特征热阻的差值；将差值与预设差值阈值进行比较得到比较结果；根据比较结果确定散热装置的运行状态，当前特征热阻为功率模块当前的温度变化值和发热功率的比值。
在第三方面的一种可能的实施方式中，温度传感器组件包括进口温度传感器、出口温度传感器和第一温差计算器；其中，进口温度传感器设置于散热装置的进口处，用于检测散热装置当前的进口温度；出口温度传感器设置于散热装置的出口处，用于检测散热装置当前的出口温度。
在第三方面的一种可能的实施方式中，温度传感器组件包括电阻与温度转换器、出口温度传感器和第二温差计算器；其中，电阻与温度转换器用于测量功率模块中靠近散热装置设置的负温度系数电阻当前的阻值，并基于该阻值得到负温度系数电阻当前的温度；出口温度传感器设置于散热装置的出口处，用于检测散热装置当前的出口温度。
在本发明实施例中，为表征散热装置的散热效率，将功率模块当前的温度变化值和发热功率的比值定义为散热装置的特征热阻，在对散热模块进行故障检测时，可以先检测散热装置的当前特征热阻，然后计算当前特征热阻和预设的标准特征热阻的差值，将差值与预设差值阈值进行比较得到比较结果，根据比较结果就能够确定散热装置的运行状态，从而能够实现对散热装置的故障检测，避免功率模块的散热装置在故障状态下持续运行。
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为本发明实施例提供的用于功率模块的散热装置的故障检测方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的表示散热装置和功率模块位置关系的主视图；
图3为与图2对应的俯视图；
图4为本发明实施例提供的用于功率模块的散热装置的故障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。
用于功率模块的散热装置包括水冷板或者风冷散热器，采用水冷板散热时，水冷板管道中的水流能够带走功率模块工作产生的热量，但是随着使用时间的延长，水冷板管道可能会发生堵塞等故障问题，导致散热能力降低。如果水冷板在故障状态下持续运行，会导致得功率模块产生的热量不能及时带走，增大风电变流器中功率模块的运行风险。
基于此，本发明实施例提供了一种用于功率模块的散热装置的故障检测方法、装置、系统，采用本发明实施例中的技术方案，能够对散热装置进行故障检测，并及时发现故障，避免功率模块的散热装置在故障状态下持续运行。
图1为本发明实施例提供的用于功率模块的散热装置的故障检测方法的流程示意图。如图1所示，该故障检测方法包括步骤101和步骤104。
在步骤101中，检测散热装置的当前特征热阻。
其中，散热装置与功率模块相邻设置，特征热阻为功率模块当前的温度变化值和发热功率的比值，本领域技术人员也可以结合实际情况定义合适的特征热阻。
对应地，可以将散热装置正常运行时功率模块当前的温度变化值和发热功率的比值作为标准特征热阻，即用于故障检测的对比特征热阻。
在步骤102中，计算当前特征热阻和预设的标准特征热阻的差值。
在步骤103中，将差值与预设差值阈值进行比较，得到比较结果。
在步骤104中，根据比较结果，确定散热装置的运行状态。
在本发明实施例中，为表征散热装置的散热效率，将功率模块当前的温度变化值和发热功率的比值定义为散热装置的特征热阻，在对散热模块进行故障检测时，可以先检测散热装置的当前特征热阻，然后计算当前特征热阻和预设的标准特征热阻的差值，将差值与预设差值阈值进行比较得到比较结果，根据比较结果就能够确定散热装置的运行状态，从而实现对散热装置的故障检测，避免功率模块的散热装置在故障状态下持续运行。
实际应用中，可以在线检测散热装置的运行状态，及时发现散热装置故障，如果当前特征热阻和预设的标准特征热阻的差值小于等于预设差值阈值，则确定散热装置处于正常运行状态，而一旦当前特征热阻和预设的标准特征热阻的差值大于预设差值阈值，则可以确定散热装置处于故障运行状态。此时，工作人员可以对散热装置进行详细检测，定位故障发生原因，及时排除因散热装置故障而引起的安全隐患。
根据本发明实施例，考虑到散热装置和功率模块的结构拓扑，可以采用不同方式来表征散热时功率模块当前的温度变化值。
图2为本发明实施例提供的表示散热装置和功率模块位置关系的主视图；图3为与图2对应的俯视图。
图2和图3中示出的功率模块201位于散热装置的上方相邻设置，可以理解地是，功率模块201和散热装置的位置关系不局限于此，比如，散热装置也可以是环绕功率模块201设置。
图2和图3中还示出了散热装置中的进口202和出口203。
在一示例中，可以利用散热装置当前的进口温度和出口温度的差值表征功率模块201散热后当前的温度变化值。具体实施时，可以在进口202和出口203上方分别安装热电偶205进行温度测量，该方式能够从整体上反应散热介质在对功率模块201散热后的温度下降值。
图2和图3中还示出了功率模块201中靠近散热装置设置的负温度系数电阻204。在另一示例中，也可以利用负温度系数电阻204当前的温度和散热装置当前的出口温度的差值表征功率模块201散热后当前的温度变化值。具体实施时，可以检测负温度系数电阻204当前的阻值，然后基于其固有的电阻与温度变化曲线，得到负温度系数电阻204当前的温度。该方式不需要增额外增加温度传感器件，具有结构简单，成本低的优点。
需要说明的是，对于上述两种功率模块温度变化值的表征方式，考虑到另一温度采集点距离散热装置出口的距离不同，在步骤103中应设置不同的差值阈值，且前者对应的差值阈值应大于后者对应的差值阈值。
还需要说明的是，上文所述的功率模块的散热装置的故障检测方法对水冷板或者风冷散热器均适用。
图4为本发明实施例提供的用于功率模块的散热装置的故障检测装置的结构示意图。如图4所示，该故障检测装置包括特征热阻检测模块401、差值计算模块402、比较处理模块403和判断处理模块404。
其中，特征热阻检测模块401用于检测散热装置的当前特征热阻，特征热阻为功率模块当前的温度变化值和发热功率的比值。
差值计算模块402用于计算当前特征热阻和预设的标准特征热阻的差值。
比较处理模块403用于将差值与预设差值阈值进行比较，得到比较结果。
判断处理模块404用于根据比较结果，确定散热装置的运行状态。
需要说明的是，本发明实施例中的用于功率模块的散热装置的故障检测装置可以集成于风力发电机组变流器控制器中，不需要对现有硬件作任何调整，也可以设置在具有独立运行功能的逻辑器件中，此处不做限定。
此外，本发明实施例该提供一种用于功率模块的散热装置的故障检测系统，该故障检测系统包括：如上所述用于功率模块的散热装置的故障检测装置和温度传感器组件。
其中，温度传感器组件用于确定功率模块当前的温度变化值；故障检测装置用于检测散热装置的当前特征热阻，计算当前特征热阻和预设的标准特征热阻的差值；将差值与预设差值阈值进行比较得到比较结果；根据比较结果确定散热装置的运行状态，特征热阻为功率模块当前的温度变化值和发热功率的比值。
在一个示例中，参阅图2和图3，温度传感器组件可以包括进口温度传感器、出口温度传感器和第一温差计算器(图中未示出)；其中，进口温度传感器设置于散热装置的进口202处，用于检测散热装置当前的进口温度；出口温度传感器设置于散热装置的出口203处，用于检测散热装置当前的出口温度，第一温差计算器用于计算散热装置当前的进口温度和出口温度的差值，将该差值作为功率模块当前的温度变化值。
在另一示例中，参阅图2和图3，温度传感器组件可以包括电阻与温度转换器、出口温度传感器和第二温差计算器；其中，电阻与温度转换器用于测量负温度系数电阻204当前的阻值，并基于该阻值得到负温度系数电阻204当前的温度；出口温度传感器设置于散热装置的出口203处，用于检测散热装置当前的出口温度；第二温差计算器用于计算负温度系数电阻当前的温度和散热装置当前的出口温度的差值，将该差值作为功率模块当前的温度变化值。
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)

1.一种用于功率模块的散热装置的故障检测方法，其特征在于，包括：
检测所述散热装置的当前特征热阻，所述当前特征热阻为所述功率模块当前的温度变化值和发热功率的比值，所述散热装置与所述功率模块相邻设置；
计算所述当前特征热阻和预设的标准特征热阻的差值；
将所述差值与预设差值阈值进行比较，得到比较结果；
根据所述比较结果，确定所述散热装置的运行状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述比较结果，确定所述散热装置的运行状态，包括：
若所述差值大于所述预设差值阈值，确定所述散热装置处于故障运行状态；
若所述差值小于等于所述预设差值阈值，确定所述散热装置处于正常运行状态。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率模块当前的温度变化值由所述散热装置当前的进口温度和出口温度确定。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率模块当前的温度变化值由所述功率模块中靠近所述散热装置设置的负温度系数电阻当前的温度和所述散热装置当前的出口温度确定。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述散热装置包括水冷板或者风冷散热器。
6.一种用于功率模块的散热装置的故障检测装置，其特征在于，所述散热装置与所述功率模块相邻设置，所述故障检测装置包括：
特征热阻检测模块，用于检测所述散热装置的当前特征热阻，所述当前特征热阻为所述功率模块当前的温度变化值和发热功率的比值；
差值计算模块，用于计算所述当前特征热阻和预设的标准特征热阻的差值；
比较处理模块，用于将所述差值与预设差值阈值进行比较，得到比较结果；
判断处理模块，用于根据所述比较结果，确定所述散热装置的运行状态。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述故障检测装置设置于风力发电机组的变流器控制器中。
8.一种用于功率模块的散热装置的故障检测系统，其特征在于，包括：温度传感器组件和如权利要求6或7所述的用于功率模块的散热装置的故障检测装置；
所述温度传感器组件用于确定所述功率模块当前的温度变化值；
所述故障检测装置用于检测所述散热装置的当前特征热阻，计算所述当前特征热阻和预设的标准特征热阻的差值；将所述差值与预设差值阈值进行比较得到比较结果；根据所述比较结果确定所述散热装置的运行状态，所述当前特征热阻为所述功率模块当前的温度变化值和发热功率的比值。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述温度传感器组件包括进口温度传感器、出口温度传感器和第一温差计算器；其中，
所述进口温度传感器设置于所述散热装置的进口处，用于检测所述散热装置当前的进口温度；
所述出口温度传感器设置于所述散热装置的出口处，用于检测所述散热装置当前的出口温度；
所述第一温差计算器用于计算所述散热装置当前的进口温度和出口温度的差值，将该差值作为所述功率模块当前的温度变化值。
10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述温度传感器组件包括电阻与温度转换器、出口温度传感器和第二温差计算器；其中，
所述电阻与温度转换器用于测量所述功率模块中靠近所述散热装置设置的负温度系数电阻当前的阻值，并基于该阻值得到所述负温度系数电阻当前的温度；
所述出口温度传感器设置于所述散热装置的出口处，用于检测所述散热装置当前的出口温度；
所述第二温差计算器用于计算所述负温度系数电阻当前的温度和所述散热装置当前的出口温度的差值，将该差值作为所述功率模块当前的温度变化值。
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