一种晶闸管结温预测方法、系统及存储介质与流程

本发明涉及晶闸管结温预测，具体而言，涉及一种晶闸管结温预测方法、系统及存储介质。

背景技术：

1、高压直流输电(high voltage direct current,hvdc)由于其传输容量大、传输效率高，已成为中国电力行业的关键技术。随着直流输电技术在电力系统的应用，研究人员对直流输电换流阀的可靠性与安全性越来越重视。高压直流换流阀主要由晶闸管可控硅及其控制回路、阀电抗器，均压电容，散热器以及若干连接件组成。其中，晶闸管是高压直流换流阀的核心器件，通过换流阀内各晶闸管的开通和换段实现交流电与直流电的转换。因此，晶闸管的可靠性会直接影响到高压直流换流阀的可靠工作，甚至会对整个直流输电系统的安全稳定运行造成不可忽视的影响。

2、现有的研究结果表明，晶闸管等半导体开关器件在运行过程中的结温会直接影响到器件的性能与寿命。长期的高温运行会导致晶闸管的工作性能降低，如漏电流过大使得晶闸管丧失阻断能力，从而发生不受控的误导通现象，对换流阀的工作形成造成不良影响，从而缩短晶闸管的使用寿命。在电网中发生短路、雷击等极端工况下，由于系统中电流过载，晶闸管发热极具升高，短时间内热量无法完全散出，导致晶闸管内部结温过高，晶闸管发生热击穿而失效。

3、研究人员常常构建热网络模型来对晶闸管的结温进行预测，热网络模型法则是按照晶闸管的物理结构，将每层结构看成是热容和热阻的组合单元，得到器件的等效热网络模型。从而对晶闸管的内部结温进行求解。目前有关晶闸管换流阀的热网络模型研究往往只关注了晶闸管本身，并未考虑换流阀的水冷回路对换流阀热量分布的影响，在实际工程应用中，散热器水冷回路入水口的温度存在差异，这种差异会使得晶闸管的结温预测产生误差，预测的结果不准确。

4、有鉴于此，特提出本申请。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是现有技术中，通过晶闸管本身的性能参数对晶闸管结温进行预测，忽略散热器带来的温差影响，从而使得晶闸管的结温预测产生误差，预测的结果不准确，目的在于提供一种晶闸管结温预测方法、系统及存储介质，能够减小晶闸管结温预测的误差，提高预测结果的准确性。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种晶闸管结温预测方法，方法步骤包括：

4、获取第一数据与第二数据，所述第一数据为晶闸管性能参数，所述第二数据为水冷散热器的性能参数；

5、通过所述第一数据构建第一热阻模型；

6、通过所述第二数据构建第二热阻模型；

7、根据换流阀及其水冷回路的传热路径，并结合所述第一热阻模型与所述第二热阻模型，构建换流阀热阻网络模型；

8、基于所述换流阀热阻网络模型，预测晶闸管的结温。

9、传统的在对晶闸管结温进行预测的时候，通常都是通过晶闸管本身的性能参数以及相关的电路参数来计算的，但是采用这种方法对晶闸管进行预测的时候，通常没有将散热器水冷回路的温差进行考虑，从而使得晶闸管的结温预测产生误差，预测的结果不准确；本发明提供了一种晶闸管结温预测方法，通过将晶闸管性能参数以及水冷散热器的性能参数分别构建热阻模型，再将两个热阻模型整合为换流阀热阻网络模型的方式，对晶闸管的结温进行预测，减小了晶闸管结温预测的误差，提高预测结果的准确性。

10、优选地，所述第一数据为所述晶闸管的物流结构以及材料属性。

11、优选地，所述第二数据为所述水冷散热器的结构、尺寸以及参数。

12、优选地，所述换流阀热阻网络模型的具体构建方法为：

13、在所述换流阀中，对所述冷水散热器的进水口与出水口的冷却液温度之间的关系进行分析，构建与所述换流阀等效的热阻网络模型，获得换流阀热阻网络模型。

14、优选地，所述第一热阻模型的具体表达式为：

15、rthy＝rsi+rcu+rmo

16、其中rsi,rcu,rmo分别为晶闸管各层材料的热阻，计算公式如下：

17、

18、rm为各阶热阻，lm为层材料的厚度，km为各层材料的热导率，am代表各层材料垂直热流方向的截面积,m∈{si,cu,mo}。

19、优选地，所述第二热阻模型包括热传导热阻模型以及对流换热热阻模型，所述热传导热阻模型与所述第一热阻模型的构建方法等同；

20、所述对流换热热阻模型的具体表达式为：

21、

22、nu为努塞尔数，λ为流体导热系数，d为传热面几何特征长度，为对流换热热阻模型，as为总有效对流换热面积。

23、优选地，所述结温的具体表达式为：

24、tji＝tini+pti-l·rthy+(pt(i-1)-r+pti-l)·rhs

25、  ＝tin(i+1)+pti-r·rthy+(pti-r+pt(i+1)-l)·rhs

26、tji为第i级晶闸管的结温，tini为所述冷水散热器的进水口温度，rhs为第二热阻模型，即散热器热阻，pti为第i级晶闸管的总功率损耗，pti-l为传递到左侧的功率损耗，pti-r为传递到右侧的功率损耗，rthy为第一热阻。

27、优选地，所述冷水散热器的进水口温度的具体表达式为：

28、

29、c为冷却液的比热容，ρ为冷却液密度，vl为冷却液流量。

30、本发明还提供了一种晶闸管结温预测系统，包括数据获取模块、第一模型构建模块、第二模型构建模块、第三模型构建模块以及结温计算模块，

31、所述数据获取模块，用于获取第一数据与第二数据，所述第一数据为晶闸管性能参数，所述第二数据为水冷散热器的性能参数；

32、所述第一模型构建模块，用于通过所述第一数据构建第一热阻模型；

33、所述第二模型构建模块，用于通过所述第二数据构建第二热阻模型；

34、所述第三模型构建模块，用于根据换流阀及其水冷回路的传热路径，并结合所述第一热阻模型与所述第二热阻模型，构建换流阀热阻网络模型；

35、所述结温计算模块，用于基于所述换流阀热阻网络模型，预测晶闸管的结温。

36、本发明还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的预测方法。

37、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

38、本发明实施例提供的一种晶闸管结温预测方法、系统及存储介质，通过将晶闸管性能参数以及水冷散热器的性能参数分别构建热阻模型，再将两个热阻模型整合为换流阀热阻网络模型的方式，对晶闸管的结温进行预测，减小了晶闸管结温预测的误差，提高预测结果的准确性。

技术特征：

1.一种晶闸管结温预测方法，其特征在于，方法步骤包括：

2.根据权利要求1所述的一种晶闸管结温预测方法，其特征在于，所述第一数据为所述晶闸管的物理结构以及材料属性。

3.根据权利要求1所述的一种晶闸管结温预测方法，其特征在于，所述第二数据为所述水冷散热器的结构、尺寸以及参数。

4.根据权利要求2或3所述的一种晶闸管结温预测方法，其特征在于，所述换流阀热阻网络模型的具体构建方法为：

5.根据权利要求4所述的一种晶闸管结温预测方法，其特征在于，所述第一热阻模型的具体表达式为：

6.根据权利要求5所述的一种晶闸管结温预测方法，其特征在于，所述第二热阻模型包括热传导热阻模型以及对流换热热阻模型，所述热传导热阻模型与所述第一热阻模型的构建方法等同；

7.根据权利要求6所述的一种晶闸管结温预测方法，其特征在于，所述结温的具体表达式为：

8.根据权利要求7所述的一种晶闸管结温预测方法，其特征在于，所述冷水散热器的进水口温度的具体表达式为：

9.一种晶闸管结温预测系统，其特征在于，包括数据获取模块、第一模型构建模块、第二模型构建模块、第三模型构建模块以及结温计算模块，

10.一种计算机存储介质，其上存储有计算程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1～8任一所述的预测方法。

技术总结
本发明公开了一种晶闸管结温预测方法、系统及存储介质，获取第一数据与第二数据，所述第一数据为晶闸管性能参数，所述第二数据为水冷散热器的性能参数；通过所述第一数据构建第一热阻模型；通过所述第二数据构建第二热阻模型；根据换流阀及其水冷回路的传热路径，并结合所述第一热阻模型与所述第二热阻模型，构建换流阀热阻网络模型；基于所述换流阀热阻网络模型，预测晶闸管的结温；本发明的有益效果为通过将晶闸管性能参数以及水冷散热器的性能参数分别构建热阻模型，再将两个热阻模型整合为换流阀热阻网络模型的方式，对晶闸管的结温进行预测，减小了晶闸管结温预测的误差，提高预测结果的准确性。

技术研发人员：宋梁,张智勇,蒋张威,谢星宇,辜盆,傅孝韬,李华兵,梁夏荣,宋秭霖,蒋海军
受保护的技术使用者：国网四川省电力公司特高压直流中心
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11