一种基于结温的IGCT变流器寿命优化控制方法及系统

本发明属于igct变流器相关，尤其涉及一种基于结温的igct变流器寿命优化控制方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、相比igbt，igct有着导通损耗低，成本低，可靠性高并且可耐高电压、大电流等优点，以igct为核心装备电力变流器，广泛应用于海上风电等大功率变流系统中。然而，igct的开关损耗却明显高于其他变流芯片，电力变流器长期工作在大功率、高结温、有限散热等工况下，系统内部疲劳损伤迅速积累，从而降低变流器的使用寿命，进一步导致建设成本提高，造成重大经济损失。因此，研究大功率igct变流器的模型预测控制策略，尤其是对开关频率的控制，提升系统运行可靠性，对可再生能源发电并网，尤其是海上风电变流等系统的高效、高可靠运行具有重要的科学及工程意义。

3、现有的寿命预测方法主要是将变流器的系统模型参数和铭牌值作为输入参数应用到寿命预测模型中，通过结温与电流耦合的计算方法，并结合igct芯片的失效机理，根据平均结温和结温波动计算出其疲劳损伤，最终得到变流器彻底失效时间，即变流器的使用寿命，在其彻底失效前及时更换，并不能有效地降低运维成本。而且igct芯片长时间工作在高温状态，伴随着剧烈的温度波动，也会增加变流器系统的输出电流谐波畸变率，导致电能质量下降。

4、综上，目前现有的igct寿命预测方法中，无法主动控制igct芯片的寿命，并不能有效降低运维成本；而且也会使igct芯片长时间工作在高温状态导致电能质量下降。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于结温的igct变流器寿命优化控制方法及系统，将igct芯片结温检测与模型预测控制相结合，可有效解决因变流系统长期处于大电流运行工况引起的结温持续升高，从而使igct芯片的使用寿命降低的问题，最大程度地延长变流器的使用寿命。

2、为实现上述目的，本发明的第一个方面提供一种基于结温的igct变流器寿命优化控制方法，包括：

3、基于交流电网电压相位，将参考电流进行dq-αβ坐标转换，得到αβ坐标系下电流参考值；

4、将当前采样时刻的交流电网电压、igct变流器输出电压和输出电流进行abc-αβ坐标转换，得到αβ坐标系下电网电压、igct变流器输出电压和输出电流；

5、以所得到的αβ坐标系下电网电压、igct变流器的输出电压和输出电流，以及igct芯片当前结温作为模型预测控制的输入参数，基于模型预测控制预测下一采样时刻的igct变流器的输出电流；

6、根据所预测的下一采样时刻的igct变流器输出电流、αβ坐标系下电流参考值、igct变流器采样时的开关状态以及未来开关状态，以所构建的代价函数最小时所对应的未来开关状态，作为下一采样时刻的开关状态，对igct变流器进行控制。

7、本发明的第二个方面提供一种基于结温的igct变流器寿命优化控制系统，包括：

8、第一计算模块：基于交流电网电压相位，将参考电流进行dq-αβ坐标转换，得到αβ坐标系下电流参考值；

9、第二计算模块：将当前采样时刻的交流电网电压、igct变流器输出电压和输出电流进行abc-αβ坐标转换，得到αβ坐标系下电网电压、igct变流器输出电压和输出电流；

10、预测模块：以所得到的αβ坐标系下电网电压、igct变流器的输出电压和输出电流，以及igct芯片当前结温作为模型预测控制的输入参数，基于模型预测控制预测下一采样时刻的igct变流器的输出电流；

11、控制模块：根据所预测的下一采样时刻的igct变流器输出电流、电流参考值、igct变流器采样时的开关状态以及未来开关状态，以所构建的代价函数最小时所对应的未来开关状态，作为下一采样时刻的开关状态，对igct变流器进行控制。

12、本发明的第三个方面提供一种计算机设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当计算机设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行一种基于结温的igct变流器寿命优化控制方法。

13、本发明的第四个方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行一种基于结温的igct变流器寿命优化控制方法。

14、以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

15、在本发明中，对igct芯片进行实时结温监测，结合模型预测控制，预测下一采样时刻的输出电流，通过预测的输出电流，结合电流参考值、igct变流器采样时的开关状态以及未来开关状态，以代价函数最小对应的开关状态对igct变流器进行控制，可有效解决因变流系统长期处于大电流运行工况引起的结温持续升高，从而使igct芯片的使用寿命降低的问题，最大程度地延长变流器的使用寿命，减少设备故障和停机时间，提高系统的运行可靠性。

16、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种基于结温的igct变流器寿命优化控制方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的一种基于结温的igct变流器寿命优化控制方法，其特征在于，基于模型预测控制预测未来两个采样周期后的igct变流器输出电流，并基于当前采样时刻的交流电网电压与预测的下一采样时刻的交流电网电压相等，补偿计算延时。

3.如权利要求2所述的一种基于结温的igct变流器寿命优化控制方法，其特征在于，当采样频率大于电网频率时，当前采样时刻的交流电网电压与预测的下一采样时刻的交流电网电压相等。

4.如权利要求1所述的一种基于结温的igct变流器寿命优化控制方法，其特征在于，根据所预测的下一采样时刻的igct变流器输出电流与αβ坐标系下电流参考值之差，以及igct变流器采样时的开关状态与未来开关状态之差，以及根据igct变流器结温所确定的权重系数，构建代价函数。

5.如权利要求4所述的一种基于结温的igct变流器寿命优化控制方法，其特征在于，所述igct变流器为三相两电平变流器，在所述三相两电平变流器上桥臂导通且下桥臂关断时，开关状态设为1；在所述三相两电平变流器上桥臂关断且下桥臂导通时，开关状态设为0。

6.如权利要求1所述的一种基于结温的igct变流器寿命优化控制方法，其特征在于，通过锁相环计算交流电网电压的相位。

7.一种基于结温的igct变流器寿命优化控制系统，其特征在于，包括：

8.如权利要求7所述的一种基于结温的igct变流器寿命优化控制系统，其特征在于，在所述控制模块中，根据所预测的下一采样时刻的igct变流器输出电流与电流参考值之差，以及igct变流器采样时的开关状态与未来开关状态之差，以及根据igct变流器结温所确定的权重系数，构建代价函数。

9.一种计算机设备，其特征在于，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当计算机设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行如权利要求1至6任一项所述的一种基于结温的igct变流器寿命优化控制方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1至6任一项所述的一种基于结温的igct变流器寿命优化控制方法。

技术总结本发明提出了一种基于结温的IGCT变流器寿命优化控制方法及系统，对IGCT芯片进行实时结温监测，结合模型预测控制，预测下一采样时刻的输出电流，通过预测的输出电流，结合电流参考值、IGCT变流器采样时的开关状态以及未来开关状态，以代价函数最小对应的开关状态对IGCT变流器进行控制，可有效解决因变流系统长期处于大电流运行工况引起的结温持续升高，从而使IGCT芯片的使用寿命降低的问题，最大程度地延长变流器的使用寿命，减少设备故障和停机时间，提高系统的运行可靠性。技术研发人员：张祯滨,陈逸阳,李真,张一民,陈昊宇受保护的技术使用者：山东大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29