[发明专利]一种光伏变换器功率器件的寿命检测方法

说明书

本发明涉及光伏变电器功率器件领域，更具体地，涉及一种光伏变换器功率器件的寿命检测方法。通过搭建一个带有MPPT功能的光伏Boost变换器的MATLAB/Simulink仿真模型，把光伏系统气温、辐照度的变化和功率模块热容的暂态过程结合起来进行寿命预测，根据一年期间的实际运行工况，将年结温曲线(大载荷)以及分钟结温曲线(小载荷)的影响变量相结合，使用反复迭代计算的方法，采用雨流计数法来统计各载荷循环次数，通过计算各载荷循环至功率模块失效时所对应的次数，用Miner模型计算功率模块的疲劳损伤程度，提高IGBT寿命预测的速度和准确性。

技术领域

本发明涉及光伏变电器功率器件领域，更具体地，涉及一种光伏变换器功率器件的寿命检测方法。

背景技术

IGBT功率器件广泛应用于各类电力电子装置。当IGBT在工作时，其开通、关断、导通等过程，导致了温度升高和热应力形变。当长期运行时，在温度变化不断重复作用下，IGBT会产生失效或疲劳效应。变换器功率器件在独立光伏发电系统中占有重要地位，根据实际使用情况的统计，功率器件故障是引起发电系统失效的重要原因之一，对其进行寿命预测有重要意义。现有功率器件的寿命预测方法都是针对固定工况的，而光伏系统随着气候和日照等情况有较大变化，这种变化在一定程度上影响了功率器件的寿命。

公开号CN108037440B的中国专利公开了一种柔性直流输电模块化多电平换流器子模块IGBT的在线监测方法，通过对模块化多电平换流器桥臂中各IGBT通态电阻RCE的增大百分比A评估模块化多电平换流器桥臂中各IGBT的剩余使用寿命及老化程度，实现对监测模块化多电平换流器中IGBT的在线监测。但在线监控的方法无法提前对器材进行寿命预测，在实际使用中在线监测的成本较高，对大量全方位器件监控容易带来成本过高和无法提前预估器材使用寿命的导致电力系统出现大范围故障的问题。

发明内容

本发明为克服上述现有技术无法提前对变换器功率器件进行寿命预测的问题，提供一种光伏变换器功率器件的寿命检测方法，包括以下步骤：

S1：搭建具有MPPT功能的光伏Boost变换器的MATLAB/Simulink仿真模型；

S2：根据时间常数划分时间尺度，建立不同时间尺度下的功率模块的电热模型；

S3：根据电热模型并基于焊接层疲劳的失效形式建立寿命预测模型，采用Coffin-Manson-Arrhenius模型进行IGBT寿命预测。

本技术针对光伏变换器功率器件的实际工况，对功率器件进行寿命预测，根据一年期间的实际运行工况，将年结温曲线(大载荷)以及分钟结温曲线(小载荷)的影响变量相结合，采用多时间尺度的方法进行功率器件的寿命预测，提高寿命预测的速度和准确性。

优选地，所述步骤S2包括对IGBT功率模块在小时间尺度下以及大时间尺度下的热循环进行分析。在本技术方案中，对实际工况下的光伏发电系统中变换器的功率器件进行寿命预测时，既要考虑辐照度和气温变化的影响，又要考虑热容暂态过程的影响，即需要兼顾考虑大载荷和小载荷。

优选地，所述S2中，对IGBT功率模块在小时间尺度下的热循环进行分析主要包括以下步骤：

s21：在MATLAB/simulink中搭建用于1至3分钟仿真运行的IGBT功率损耗模型和热模型；

s22：将功率损耗模型和热模型结合起来，得到IGBT模块在小时间尺度下的电热模型；

s23：以步骤s22中的电热模型进行时间为1～3min的运行仿真。

优选地，所述S2中，对IGBT功率模块在大时间尺度下的热循环进行分析主要包括以下步骤：

s201：在MATLAB/simulink中搭建用于模拟1～3年实际工况运行的IGBT功率损耗模型和热模型；