一种牵引变流器功率模块动态温升计算方法和系统与流程

1.本发明涉及数字信号处理技术领域，尤其涉及一种牵引变流器功率模块动态温升计算方法和系统。


背景技术：

2.目前牵引变流器温升评估采用牵引计算得到的整个线路运行完成后牵引变流器的电流有效值(root mean square，rms)，即牵引变流器的额定电流。然后根据rms电流，结合牵引变流器选用的开关器件进行开关损耗和通态损耗计算，利用得到的损耗值进行热学仿真，计算出牵引变流器功率模块在额定工况下的温升情况。然而，列车实际运行过程中由于线路条件，车辆载荷，加减速度不同，牵引变流器功率模块温度实际是动态变化的，且温度变换总是滞后于损耗变换，因此牵引变流器散热系统可看成一个“惯性系统”。因此根据rms电流计算的功率模块温升只能表示特定条件下的温升情况，不能反应列车实际运行过程中的温升，设计过程中通常保有较大裕量，增加了牵引变流器的体积重量及成本。


技术实现要素：

3.本发明实施例的目的提供一种牵引变流器功率模块动态温升计算方法和系统，以解决现有技术所存在的问题。
4.第一方面，本发明提供了一种牵引变流器功率模块动态温升计算方法，所述方法包括：
5.确定列车运行过程中的牵引变流器的瞬时电流与时间的第一关系；
6.确定列车运行过程中的牵引变流器的瞬时电流损耗与时间的第二关系；
7.根据所述第一关系和第二关系，确定rms电流和所述rms的电流损耗；
8.根据所述rms电流和所述rms的电流损耗和预设的散热条件，仿真得到牵引变流器的热管散热器的温度与时间的第三关系；
9.构建温度与时间的第三关系与热管散热器的热学模型；
10.为所述热学模型赋予初始热阻参数和初始热容参数，确定当前的温升，对初始电阻参数和初始电容参数进行优化，直至温升与热管散热器的最高允许温度的差值在预设范围内。
11.在一种可能的实现方式中，所述确定列车运行过程中的牵引变流器的瞬时电流与时间的第一关系具体包括：
12.对列车的动力性能指标、列车载荷、线路条件进行处理，得到瞬时电流与时间的第一关系；其中，所述列车动力性能指标包括列车最高运行速度，牵引加速度，制动减速度；线路条件包括线路上坡道，弯道，车站设置，隧道。
13.在一种可能的实现方式中，所述确定列车运行过程中的牵引变流器的瞬时电流损耗与时间的第二关系具体包括：
14.根据i gbt技术手册中的损耗-电流曲线，得到瞬时电流与损耗之间的关系；或者,
15.根据i gbt的双脉冲试验,测量不同瞬时电流下的损耗，得到瞬时电流与损耗之间的关系；
16.根据所述瞬时电流与损耗之间的关系，以及所述第一关系，确定第二关系。
17.在一种可能的实现方式中，所述根据所述第一关系和所述第二关系，确定rms电流和所述rms的电流损耗具体包括：
18.根据多个所述瞬时电流的均方根rms，计算得到rms电流；
19.根据rms电流，计算得到rms的电流损耗。
20.在一种可能的实现方式中，所述预设的散热条件包括rms的电流损耗、风机管道的风量、风速和风压、环境温度，所述根据所述rms电流和所述rms的电流损耗和预设的散热条件，仿真得到牵引变流器的热管散热器的温度与时间的第三关系具体包括：
21.将所述rms的电流损耗、风机管道的风量、风速和风压、环境温度输入仿真模型进行仿真，得到温度与时间的第三关系。
22.在一种可能的实现方式中，所述根据所述第三关系和预设的热管散热器模型，确定初始热阻参数和初始热容参数具体包括：
23.根据预设时长内的温度与时间的第三关系，确定预设时长内的温升；
24.根据所述温升，计算初始热阻参数和初始热容参数。
25.在一种可能的实现方式中，所述根据所述温升，计算初始热阻参数和初始热容参数具体包括：
26.根据公式计算初始电阻参数和初始电容参数；
27.其中，t(t)为温升，p为rms的电流损耗，r为初始电阻参数，c为初始电容参数，t为预设时长。
28.在一种可能的实现方式中，所述为所述热学模型赋予初始热阻参数和初始热容参数，确定当前的温升，对初始电阻参数和初始电容参数进行优化，直至温升与热管散热器的最高允许温度的差值在预设范围内具体包括：
29.t
max
＝t
k-p
×rth(j-c)-p
×rth(c-s)
30.其中，p为rms的电流损耗，tk为igbt容许的最大节温,r
th(j-c)
为igbt的节对外壳热阻，r
th(c-s)
为外壳对基板的热阻，t
max
为最高允许温度。
31.第二方面,本发明提供了一种牵引变流器功率模块动态温升计算系统，所述系统包括：
32.第一确定模块，确定列车运行过程中的牵引变流器的瞬时电流与时间的第一关系；
33.第二确定模块，确定列车运行过程中的牵引变流器的瞬时电流损耗与时间的第二关系；
34.第三确定模块，根据所述第一关系和第二关系，确定rms电流和所述rms的电流损耗；
35.仿真模块，根据所述rms电流和所述rms的电流损耗和预设的散热条件，仿真得到牵引变流器的热管散热器的温度与时间的第三关系；
36.热学模型构建模块，构建温度与时间的第三关系与热管的热学模型；
37.优化模块，为所述热学模型赋予初始热阻参数和初始热容参数、第二关系，确定当前的温升，对初始电阻参数和初始电容参数进行优化，直至温升与热管散热器的最高允许温度的差值在预设范围内。
38.第三方面,本发明提供了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，计算机程序被处理器执行第一方面任意一项所述的牵引变流器功率模块动态温升计算方法。
39.由此通过应用本发明提供的牵引变流器功率模块动态温升计算方法，根据牵引计算线路仿真得到的牵引变流器在线路运行过程中的瞬时电流，根据瞬时电流计算各个电流下的损耗，再根据各个损耗下的温升计算出实际运行过程中的动态温升。可以更加准确地指导优化牵引变流器散热设计，降低产品的体积和重量，节约成本。把热管模型等效为电气系统的电路模型，并进行数学建模，推导出损耗-温度关系公式；提出通过牵引计算及线路仿真，得出全线路下的电流曲线，并通过电流曲线计算出全线路下损耗曲线；搭建仿真模型，得到全线路下的动态温度曲线。提出根据全线路热管动态温度，进行指导热管优化设计，避免过设计，造成资源浪费及变流器体积重量增加。
附图说明
40.图1为本发明实施例一提供的牵引变流器功率模块动态温升计算方法流程示意图；
41.图2为热管和igbt的等效模型示意图；
42.图3为一个热单元等效模型示意图；
43.图4为牵引变流器的发热功率大于热管的散热功率时的等效电路示意图；
44.图5为牵引变流器的发热功率小于热管的散热功率时的等效电路示意图；
45.图6为牵引变流器停机时的等效电路示意图；
46.图7为仿真得到温升-时间关系的仿真模型示意图；
47.图8为仿真结果示意图；
48.图9为本发明实施例二提供的牵引变流器功率模块动态温升计算系统结构示意图；
49.图10为本发明实施例三提供的计算机可读存储介质示意图。
具体实施方式
50.下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
51.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
52.图1为本发明实施例提供的牵引变流器功率模块动态温升计算方法流程示意图，根据图1所示，本技术包括以下步骤；
53.步骤110，确定列车运行过程中的牵引变流器的瞬时电流与时间的第一关系；
54.具体的，对列车的动力性能指标、列车载荷、线路条件进行处理，得到瞬时电流与
时间的第一关系。
55.其中，所述列车动力性能指标包括但不限于列车重量、列车最高运行速度，牵引加速度，制动减速度；线路条件为列车行驶中的线路类型，包括但不限于线路上的上坡道、弯道、车站设置和隧道。示例而非限定，第一关系可以是列表，也可以是曲线，本技术对此并不限定。
56.其中，此处的处理，包括牵引计算和线路仿真，本技术通过列车重量、列车载荷进行牵引计算，得到列车速度、牵引力或者制动力，以及牵引变流器当前的瞬时电流。如果以曲线的形式进行表示，牵引计算最终可以得到速度-电流曲线，速度-牵引力/制动力曲线等。在进行线路仿真时，由于不同的线路条件具有不同的速度，因此会根据线路条件以及牵引力/制动力，得到不同的瞬时电流，从而得到瞬时电流和时间的第一关系。
57.步骤120，确定列车运行过程中的牵引变流器的瞬时电流损耗与时间的第二关系；
58.具体的，步骤120包括:根据igbt技术手册中的损耗-电流曲线，得到瞬时电流与损耗之间的关系；或者,根据igbt的双脉冲试验,测量不同瞬时电流下的损耗，得到瞬时电流与损耗之间的关系；随后根据所述瞬时电流与损耗之间的关系，以及所述第一关系，确定第二关系。
59.下面结合上面的两种情况分别进行说明。
60.第一、根据功率器件手册中损耗-电流，拟合求解出牵引变流器的损耗与电流之间的关系，结合第一关系，进而得到全线路全速域范围下的损耗-时间曲线。
61.第二、根据igbt的双脉冲试验,测量不同瞬时电流下的损耗，在全速域下选取尽可能多的电流点进行双脉冲测试，形成电流-损耗曲线，结合瞬时电流与时间的第一关系，得到损耗-时间曲线。
62.步骤130，根据所述第一关系和第二关系，确定rms电流和rms的电流损耗；
63.具体的，根据多个所述瞬时电流的均方根(root mean square，rms)，计算得到rms电流；
64.根据每个瞬时电流的损耗，计算得到rms的电流损耗。
65.其中，计算每个瞬时电流的损耗，可以利用步骤120中两种方法来确定瞬时电流与损耗的对应关系。根据瞬时电流得到rms电流，根据得到的rms电流以及瞬时电流与损耗的对应关系，得到rms的电流损耗。
66.步骤140，根据所述rms电流和所述rms的电流损耗和预设的散热条件，仿真得到牵引变流器的热管散热器的温度与时间的第三关系；
67.具体的，将所述rms的电流损耗、风机管道的风量、风速和风压、环境温度输入仿真模型进行仿真，得到基板的温度与时间的第三关系。其中，风机管道的风量、风速和风压、环境温度可以通过牵引变流器中的多个传感器来获取，至于如何获取，为本领域的常用技术手段，此处不再赘述。此处的仿真可以是通过flotherm仿真。
68.步骤150，构建温度与时间的第三关系与热管散热器的热学模型；
69.具体的，本技术需要构建热管散热器的热学建模，以确定温度、电容、电阻之间的关系，热管散热器包含：热管(一般有多根热管)，基板(只有一个基板)及翅片(一般有多片翅片)。热管一端嵌入在基板里，伸出的热管穿过每层翅片，igbt固定在基板上。图2中一层一层的为翅片，只是散热作用。构建热学模型的具体方式如下：
70.由于热管存在热阻与热容，因此可以将热管的热阻与热容等效为电气系统中的电阻及电容，其电气等效原理图如图2所示：
71.在图2中，每个igbt等效为一个发热源，一个igbt和热管可以看作一个电路单元，采用电热比拟理论，发热源等效为电气系统中的电流源，因此igbt的发热功率p可看作电流源电流i，由于牵引变流器工作电流是时变的，所以igbt的发热功率也是时变的，即电流源电流是时变的。由此热管温升δt等效为电阻/电容并联后上升的电压δu。图2中接地点可以看作是参考0度，在此虚拟一个电压源u0，参见图2-图6中的电压源，电压源u0的电压可看作是环境温度(t0),也就是钳位电阻和电容的初始电压，由此可得电阻和电容两端的电压最低为u0，也就是热管的最低温度为t0，在这里电阻消耗的电能可以等效为热管的散热功率。
72.对于每个发热源之间的部分，也可等效为热阻与热容并联的模型，此时把每个igbt看作一个发热源给周边的基板加热，基板的模型与igbt的模型一致。
73.如果此时将igbt看作为一个发热点，即电路模型中的电流源，每个发热点之间的基板可以看成n个电路单元组成，基板被分成的单元越多，即n越大，每个单元的等效r和c的值越小。选取基板上某一单元进行分析，该单元的物理模型如图3所示。
74.当牵引变流器工作时，会有电流流过图2上的i gbt，此时由于igbt存在开关损耗和通态损耗，igbt产生损耗，相当于功率源，即热源，此时相当于功率源为热管进行加热。
75.根据功率源的发热功率与热管的散热功率的关系，存在以下两种情况：
76.第一、当牵引变流器的igbt产生的发热功率大于热管的散热功率时，此过程可以等效为igbt为热管进行加热，即相当于电流源为电阻和电容进行充电，等效电路为rc并联初始电压为u0的全响应电路，此时ab两端电压在不断增加，等效为热管温度在不断增加，此时热管温度可等效为t＝t0+δt＝u0+δu。其等效原理如图4所示。
77.第二、当牵引变流器的igbt产生的发热功率小于热管的散热功率时，此过程可以等效为电流源和电容共同为电阻进行充电，等效电路为rc并联的全响应电路，此时ab两端电压慢慢降低，等效为热管温度在慢慢降低，由于虚拟电压源存在，ab两端电压不会降低低于电压源的电压，即热管温度不会低于环境温度。当ab两端电压达到电压源电压时，牵引变流器处于稳定状态。其等效原理图如图5所示。
78.当牵引变流器停机时，此时流经牵引变流器的电流为0，此时不产生发热功率，热管一直处于散热状态。此时电容为电阻进行充电，此时电路等效为rc并联的零输入响应，ab两端电压慢慢降低，等效为热管温度在慢慢降低，由于虚拟电压源存在，ab两端电压不会降低低于电压源电压，即热管温度不会低于环境温度。当ab两端电压达到电压源电压时，牵引变流器处于稳定状态。其等效原理图如图6所示。
79.综上所述分析，针对牵引变流器的不同工况，对a点根据基尔霍夫电流定律可得：
80.i＝ic+irꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
81.由图4-图6可知：
82.ir＝u/r
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0083][0084]
联立公式(1)、(2)、(3)可得：
[0085][0086]
求解公式(4)的一阶微分方程，可得：
[0087][0088]
将公式(5)转换成热管的热学模型，即：
[0089][0090]
其中，t(t)为热管温升，p为rms的电流损耗，r为热管热阻，c为热管热容。
[0091]
根据上述的推理过程，得到公式(6)，由此可以建立温度、电阻、电容之间的关系。
[0092]
步骤160，为所述热学模型赋予初始热阻参数和初始热容参数、第二关系，确定当前的温升，对初始电阻参数和初始电容参数进行优化，直至温升与热管散热器的最高允许温度的差值在预设范围内。
[0093]
本技术中，步骤110-150的目的，是为了建立温升、电阻、电容之间的关系，即建立热学模型。在步骤160中，利用该热学模型，输入初始电容参数和电阻参数，并将损耗-时间的第二关系一起进行仿真处理，得到全线路下的牵引变流器的热管散热器的基板的温度动态曲线。
[0094]
在一个示例中，根据热仿真结果拟合出的热阻，热容参数，搭建仿真模型，搭建的仿真模型如图7所示，图中vm代表热管温度，v
m1
代表热管温升，假设电阻和电容上电压为0，即等效为热管初始温度为0℃，此时热管等效电路为零状态响应，此时得到为温升-时间曲线，此时考虑变流器环境温度，即热管初始温度t0，对温升-时间曲线进行纵向平移，即可得到热管的温度-时间曲线。热仿真输出：基板上任意点温升(温度)-时间曲线。
[0095]
图8为仿真结果示意图，横坐标代表时间，单位/s，纵坐标为温度，上面的曲线表示环境温度为25℃时的热管实时温度，下面的曲线表示热管温升。
[0096]
由上分析，通过有限元法可把热管分解成n个单元，一个单元即为图2中的一个电路单元，由于热管每个单元对流风速和风量存在差异，所以每个单元的热阻和热容不尽相同。根据上述步骤160可计算热管的基板上任一单元的动态温度。
[0097]
另外热管由基板，翅片及导热介质组成，热管的热容实际是很难确定的，而基板的热容比较容易确定，根据工程应用经验，热管热容一般采取基板热容的4-5倍。并且根据上述对热管建模分析可知：热容主要影响热管的稳定快慢，即热管是否能快速稳定，热阻主要影响热管最终稳定时的温升。
[0098]
根据上述计算的rms的电流损耗p，igbt容许的最大节温tk,以及igbt的节对外壳热阻r
th(j-c)
(单位：k/kw)和外壳对基板的热阻r
th(c-s)
(单位：k/kw)，计算出基板的最高允许温度t
max
，计算方法如下：
[0099]
t
max
＝t
k-p
×rth(j-c)-p
×rth(c-s)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0100]
其中，最大节温tk为表征igbt本身特性的一个参数，r
th(j-c)
为igbt技术手册中给出的参数，r
th(c-s)
也为igbt技术手册中给出的参数。
[0101]
根据基板的温度曲线和基板的最高允许温度，进行热管优化设计，由此可以避免由于过设计而造成资源浪费以及变流器体积和重量的增加。
[0102]
具体的，根据基板的最高允许温度，以及步骤160可以得到基板上任意点的动态温度，当动态最高温度与基板的最高允许温度相差较大时，为了使得最高温度与基板的最高允许温度接近，可以适当改变电容参数或者电阻参数，为了改变电容参数或者电阻参数，可以减少热管散热材料，比如减少翅片数量或厚度，降低基板厚度，反之亦然。在完成热管优化后再进行热仿真，得到优化后的热阻参数和热容参数，再次利用电路模型，得到优化后的基板的温度，如此进行优化，直至基板的最高温度与最高允许温度接近时，完成优化，此时热管设计最优。
[0103]
由此通过应用本发明提供的牵引变流器功率模块动态温升计算方法，把热管模型等效为电气系统的电路模型，并进行数学建模，推导出损耗-温度关系公式；提出通过牵引计算及线路仿真，得出全线路下的电流曲线，并通过电流曲线计算出全线路下损耗曲线；搭建仿真模型，得到全线路下的动态温度曲线。提出根据全线路热管动态温度，进行指导热管优化设计，避免过设计，造成资源浪费及变流器体积重量增加。
[0104]
实施例二
[0105]
如图9所示，本发明实施例二提供一种牵引变流器功率模块动态温升计算系统，所述系统包括：第一确定模块910，第二确定模块920，第三确定模块930，仿真模块940，热学模型构建模块950和优化模块960。
[0106]
第一确定模块910，确定列车运行过程中的牵引变流器的瞬时电流与时间的第一关系；
[0107]
第二确定模块920，确定列车运行过程中的牵引变流器的瞬时电流损耗与时间的第二关系；
[0108]
第三确定模块930，根据所述第一关系和第二关系，确定rms电流和所述rms的电流损耗；
[0109]
仿真模块940，根据所述rms电流和所述rms的电流损耗和预设的散热条件，仿真得到牵引变流器的热管散热器的温度与时间的第三关系；
[0110]
热学模型构建模块950，构建温度与时间的第三关系与热管散热器的热学模型；
[0111]
优化模块960，为所述热学模型赋予初始热阻参数和初始热容参数，确定当前的温升，对初始电阻参数和初始电容参数进行优化，直至温升与热管散热器的最高允许温度的差值在预设范围内。
[0112]
本发明实施例二提供的系统，可以执行上述方法实施例一中的方法步骤，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
[0113]
需要说明的是，应理解以上系统的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。例如，确定模块可以为单独设立的处理元件，也可以集成在上述装置的某一个芯片中实现，此外，也可以以程序代码的形式存储于上述装置的存储器中，由上述装置的某一个处理元件调用并执行以上确定模块的功能。其它模块的实现与之类似。此外这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。这里所描述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或
者软件形式的指令完成。
[0114]
例如，以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(application specific integrated circuit，asic)，或，一个或多个微处理器(digital signal processor，dsp)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(field programmable gate array，fpga)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(central processing unit，cpu)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip，soc)的形式实现。
[0115]
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。该计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行该计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本技术实施例所描述的流程或功能。上述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。上述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，上述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线路((digital subscriber line，dsl))或无线(例如红外、无线、蓝牙、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。上述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。上述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，dvd)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，ssd))等。
[0116]
实施例三
[0117]
本发明实施例三提供一种计算机可读存储介质，如图10所示，包括程序或指令，当所述程序或指令在计算机上运行时，实现如实施例一提供的任意一种牵引逆变器功率模块动态温升计算方法。
[0118]
专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0119]
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
[0120]
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种牵引变流器功率模块动态温升计算方法，其特征在于，所述方法包括：确定列车运行过程中的牵引变流器的瞬时电流与时间的第一关系；确定列车运行过程中的牵引变流器的瞬时电流损耗与时间的第二关系；根据所述第一关系和第二关系，确定rms电流和rms的电流损耗；根据所述rms电流和所述rms的电流损耗和预设的散热条件，仿真得到牵引变流器的热管散热器的温度与时间的第三关系；构建温度与时间的第三关系与热管散热器的热学模型；为所述热学模型赋予初始热阻参数和初始热容参数、第二关系，确定当前的温升，对初始电阻参数和初始电容参数进行优化，直至温升与热管散热器的最高允许温度的差值在预设范围内。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定列车运行过程中的牵引变流器的瞬时电流与时间的第一关系具体包括：对列车的动力性能指标、列车载荷、线路条件进行处理，得到瞬时电流与时间的第一关系；其中，所述列车动力性能指标包括列车最高运行速度，牵引加速度，制动减速度；线路条件包括线路上坡道，弯道，车站设置，隧道。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定列车运行过程中的牵引变流器的瞬时电流损耗与时间的第二关系具体包括：根据i gbt技术手册中的损耗-电流曲线，得到瞬时电流与损耗之间的关系；或者,根据i gbt的双脉冲试验,测量不同瞬时电流下的损耗，得到瞬时电流与损耗之间的关系；根据所述瞬时电流与损耗之间的关系，以及所述第一关系，确定第二关系。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一关系和所述第二关系，确定rms电流和所述rms的电流损耗具体包括：根据多个所述瞬时电流的均方根rms，计算得到rms电流；根据所述rms电流，计算得到rms的电流损耗。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述rms电流和所述rms的电流损耗和预设的散热条件，仿真得到牵引变流器的热管散热器的温度与时间的第三关系具体包括：将所述rms的电流损耗、风机管道的风量、风速和风压、环境温度输入仿真模型进行仿真，得到温度与时间的第三关系。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第三关系和预设的热管散热器模型，确定初始热阻参数和初始热容参数具体包括：根据预设时长内的温度与时间的第三关系，确定预设时长内的温升；根据所述温升，计算初始热阻参数和初始热容参数。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述温升，计算初始热阻参数和初始热容参数具体包括：根据公式计算初始电阻参数和初始电容参数；其中，t(t)为温升，p为rms的电流损耗，r为初始电阻参数，c为初始电容参数，t为预设
时长。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述为所述热学模型赋予初始热阻参数和初始热容参数，确定当前的温升，对初始电阻参数和初始电容参数进行优化，直至温升与热管散热器的最高允许温度的差值在预设范围内具体包括：t
max
＝t
k-p
×
r
th(j-c)-p
×
r
th(c-s)
其中，p为rms的电流损耗，t
k
为igbt容许的最大节温,r
th(j-c)
为igbt的节对外壳热阻，r
th(c-s)
为外壳对基板的热阻，t
max
为最高允许温度。9.一种牵引变流器功率模块动态温升计算系统，其特征在于，所述系统包括：第一确定模块，确定列车运行过程中的牵引变流器的瞬时电流与时间的第一关系；第二确定模块，确定列车运行过程中的牵引变流器的瞬时电流损耗与时间的第二关系；第三确定模块，根据所述第一关系和第二关系，确定rms电流和所述rms的电流损耗；仿真模块，根据所述rms电流和所述rms的电流损耗和预设的散热条件，仿真得到牵引变流器的热管散热器的温度与时间的第三关系；热学模型构建模块，构建温度与时间的第三关系与热管散热器的热学模型；优化模块，为所述热学模型赋予初始热阻参数和初始热容参数、第二关系，确定当前的温升，对初始电阻参数和初始电容参数进行优化，直至温升与热管散热器的最高允许温度的差值在预设范围内。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，计算机程序被处理器执行权利要求1-8任意一项所述的牵引变流器功率模块动态温升计算方法。

技术总结
本发明提供了一种牵引变流器功率模块动态温升计算方法，包括：确定列车运行过程中的牵引变流器的瞬时电流与时间的第一关系；确定列车运行过程中的牵引变流器的瞬时电流损耗与时间的第二关系；根据第一关系和第二关系，确定RMS电流和RMS的电流损耗；根据RMS电流和RMS的电流损耗和预设的散热条件，仿真得到牵引变流器的热管散热器的温度与时间的第三关系；构建温度与时间的第三关系与热管散热器的热学模型；为热学模型赋予初始热阻参数和初始热容参数，确定当前的温升，对初始电阻参数和初始电容参数进行优化，直至温升与热管散热器的最高允许温度的差值在预设范围内。的最高允许温度的差值在预设范围内。的最高允许温度的差值在预设范围内。


技术研发人员：尚付磊 杨其林 李骄松 林显琦 孙伟 郝遥迪
受保护的技术使用者：中车青岛四方车辆研究所有限公司
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/9/6