[发明专利]一种用于电力电子变流器IGBT结温波动的计算方法

权利要求书

1.一种用于电力电子变流器IGBT结温波动的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：采集计算功率损耗所需的变流器级变量，对交流侧输出相电流进行傅里叶分解，获取流经IGBT的电流，表达式如下：

式中：为相电流的峰值；

步骤2：分别计算交流侧电流峰值所对应的开关损耗和导通损耗，进而得到分析的IGBT在整个基波周期的功率损耗，表达式如下：

式中：P_Loss(t)为单个基波周期的功率损耗，为峰值电流对应的开关损耗，为峰值电流对应的导通损耗，M为调制度，其与变流器输出相电流幅值息息相关；

步骤3：结合Foster热网络模型，推导出基波周期内的结温波动表达式，对结温波动表达式进行求导，得到最大、最小结温发生时间点；

Foster热网络模型如下：

式中：R_THj，τ_THj分别为第j阶热阻值和热时间常数，τ_THj＝R_THj·C_THj，C_THj为第j阶热容值，m为等效热网络的阶数，数据手册提供的热网络模型的阶数为4，且提供了热网络模型每阶的具体数值；

从IGBT的功率损耗表达式可看出，其组成分量同样分为直流分量以及不同频率下的三角函数分量，因此对于单个基波周期内结温波动可分别计算三种分量下的结温波动并进行求和；

在正弦分量中，通过离散化进行迭代分析，可得正弦分量下的结温波动表达式为：

式中，P_{peak_sin}是正弦功率损耗分量的峰值，ΔT_Refj，j＝1，2，3，4分别为所分析基波周期结温波动初始值在对应各阶热网络上的分量，其计算通过上一个基波周期计算获取，在整个任务剖面的结温波动的第一个基波计算周期，ΔT_Refj，j＝1，2，3，4各分量值均为0；

同理可得到余弦分量和直流分量下的结温波动表示式分别为：

式中，P_{peak_cos}是余弦功率损耗分量的峰值；P_constant为直流分量的幅值；

以上为基波周期下结温波动表达式，对于各谐波分量下的结温波动计算，只需要用谐波分量的频率和幅值替换以上推导出来的基波周期下频率和幅值即可；

对于IGBT结温波动，结合上式的推导结果，获得各损耗分量下结温波动并求和，即可结温波动的最终表示式；

对获取结温波动表达式进行求导，并令其等于0，获取最大、最小结温时间点；

步骤4：根据获取的时间点计算出最大和最小结温值，电流峰值对应时刻结温值以及基波周期末的结温波动的分量值。

2.根据权利要求1所述的一种用于电力电子变流器IGBT结温波动的计算方法，其特征在于，所述步骤1具体为：

对于相电流，进行傅里叶分解可表示为：

式中：c₀为直流分量值，c_k，d_k分别为正弦分量和余弦分量的峰值，k为谐波次数；w为基波角频率，且w＝2πf₀，f₀为基波频率；

由于IGBT的单向导通性，只有在相电流的半个周期内导通，因此流经IGBT的电流呈现半正弦波形，对于表达式(3)中各谐波分量的幅值满足以下关系：

式中：为相电流的峰值；

对于流经IGBT的半正弦相电流，进一步表示为：

对所分析的并网逆变器的半正弦相电流，选取四个分量可实现对其进行较好的描述，即进一步表示为：

对于计算IGBT功率损耗所需外部变量还包括：直流母线电压、开关频率、基波频率和功率因数。