[发明专利]UPFC功率模块老化综合测试平台

说明书

本发明提供了一种UPFC功率模块老化综合测试平台，包括UPFC功率模块IGBT电路板、负载的大功率电阻、测试机箱、DC/DC模块、直流稳压电源、散热器以及温度控制模块；所述直流稳压电源还连接到所述温度控制模块；所述IGBT电路板通过所述DC/DC模块连接到所述测试机箱；所述IGBT电路板包括IGBT、驱动电路以及工作电路；所述直流稳压电源负责提供功率循环大电流；所述温度控制模块通过控制IGBT的开通和关断来控制功率循环中温度所设定的范围；所述测试机箱配置的数字万用表模块对老化过程中IGBT的特性参数进行实时采集。本发明通过加速老化实验，基于电流、电压波形特征评估UPFC功率器件的缺陷和老化状态，快速查找定位缺陷位置，为UPFC装置的运行维护提供理论和技术支撑。

技术领域

本发明属于信号测试技术领域，特别涉及一种UPFC功率模块老化综合测试平台。

背景技术

统一潮流控制器(UnifiedPowerFlowController，UPFC)综合了柔性交流输电(Flexible AlternativeCurrentTransmissionSystems，FACTS)元件的多种灵活控制手段，具备电压调节、串联补偿和移相等众多能力，可以同时且快速的独立控制输电线路中有功功率和无功功率，是迄今为止通用性最好的FACTS装置。UPFC作为柔性交流输电技术的集大成者，代表着未来电力电子技术的发展方向，是构建智能电网的重要技术手段，具有广泛的应用价值。

功率模块是影响电力电子系统可靠性的最主要部分之一，对UPFC系统整体性能起着异常重要的影响作用。电力电子系统的失效常常是因为系统中实现换流功能的功率模块的电应力、热应力或机械应力等因素引起。统计数据显示，功率变流器故障在柔性交流输电所有电气设备故障总数中占比例较高，IGBT模块作为功率变流器的主要部件，因IGBT失效而导致功率变流器的故障率也较高，当IGBT模块重复开通或关断时,在热冲击的反复作用下产生失效或疲劳效应,其工作寿命与可靠性将影响到整个装置或系统的正常运行。如果系统中功率模块先兆失效症状出现，且未能快速有效地完成系统失效过程的预测，并进行采取实时的有效维护措施，则会造成严重的后果和巨额经济损失。因此，为了提高UPFC的运行可靠性，亟需研究UPFC功率模块状态监测与安全评估的有效方法，及时、准确地掌握设备部件及整体的健康状态，提高UPFC运行管理和维护的水平。

一般的，UPFC等大型电力电子系统失效包含两种类型，突变失效和参数老化失效。突变失效通常是由不正当操作或其它外部因素造成的，它对整个电力电子系统的影响是致命的，但突变失效也是可以避免的。然而老化现象是始终存在的。电力电子设备中的老化失效主要有以下三类：焊接老化，关键功率模块老化，散热装置的老化。据电力电子变流装置的运行情况统计数据来看，由功率模块失效导致的装置结构性故障占到90％以上。

功率模块的失效涉及机械应力、电应力、热应力和辐射应力以及其他未知因素等，产生的机理比较复杂。综合来说，功率模块的失效模式主要可分为以下几方面：芯片裂纹失效，引线键合失效，过电应力失效，热应力失效，焊接不良失效，器件内部分层失效，以及器件漏电流失效。由于功率模块的多样性，国内外关于不同功率模块失效机理的研究纷繁复杂，在此以IGBT为例，其他功率模块均有类似研究。

发明内容

本发明通过加速老化实验，基于电流、电压波形特征评估UPFC功率器件的缺陷和老化状态，快速查找定位缺陷位置，为UPFC装置的运行维护提供理论和技术支撑。