CN106067680B - 通过借助于无功功率而减小半导体中的温度变化来改进半导体的寿命 - Google Patents
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Abstract
本发明提供用于对变换器内的半导体构件的温度变化进行调节的***。***包括与变换器内的至少一个半导体通信并与电源通信的温度调节器，温度调节器包含控制器。还包括峰值检测器，峰值检测器与至少一个半导体通信，并且，配置成识别当半导体传导高电流时的各半导体的最高温度。
Description
发明领域
本发明通常涉及延长功率半导体的使用寿命。更具体地，本发明涉及延长在可再生能量应用中当作为电子开关而运行时的半导体的使用寿命。
发明背景
在能源服务和发电的领域中，从自然现象，诸如阳光和风收获的可再生能量已取代常规的燃料。电功率装置，诸如半导体，将从可再生能量源获得的能量，诸如太阳能和风能，从直流或变频交流变换成实用（电网）频率。通常，通过以高频使多个半导体接通和断开，以借助于脉宽调制（PWM）技术而合成正弦波电压，来实现变换。
在电气应用中，三端半导体，诸如绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）以及半导体闸流管，普遍地用作切换装置。主要用于低电压应用中的MOSFET可以通过将几个装置并联地放置而增加开关的额定电流。主要用于高电压应用中的半导体闸流管在半导体闸流管中的电流已经不复存在之后，阳极能够再次正偏置而保持半导体闸流管处于截止状态之前，需要有限的时间延迟。IGBT使高电压装置中的导通状态下的性能与高阻抗结合，因而使IGBT成为发电应用中的流行的选择。
由于在切换事件的期间，在各IGBT内消耗功率，因而使各IGBT从导通状态转变成截止状态和使各IGBT从截止状态转变成导通状态导致产热。接通或断开的电流越高，损耗就越多，因此，热量就越多。随着电流增加，各IGBT内的传导损耗也增加。正如来自可再生能量源的功率可能在一整天内常常变化，所以，在IGBT中也可能消耗损耗。因此，IGBT的温度随着可再生能量源的输出的改变而变化。在几分钟或几小时之上发生的热循环可能由于材料疲劳而导致机械应力和随着时间而增加的IGBT故障率。
由于热循环而可能减少IGBT的寿命。热循环，具体地，开关的底板和键合线中的热循环，连同其他因素一起，导致装置疲劳。高温和低温之间的极大的改变与高温和低温之间的小的改变相比而更大程度地减少IGBT寿命。
交流（AC）***内的功率等于电压、电流以及功率因数的乘积。表观功率能够被分类为两个分量，一个分量与电压同相（有功功率），并且，另一个分量与电压以90度异相（无功功率）。传送至电网的有功功率主要是可再生能量源产生多少功率的函数（例如，与风的风速或阳光的强度成比例）。传送无功功率，以控制电压来满足对***可靠性（例如，传输线路、电动机以及其他装置中的电感和电容的***可靠性）的能量存储要求。
在本领域中已知现有的增加半导体内的疲劳耐受的尝试。例如，许多常规的方式包括变更半导体的表面而延长装置的寿命的变型。然而，这种方式未防止裂缝扩张至临界尺寸，例如，这可能最终导致破裂。
发明内容
考虑到前面提到的缺陷，存在对通过防止由于切换期间的剧烈的温度变化而导致的裂缝形成来延长半导体的寿命的***和方法的需要。
在本技术中，为了使IGBT的热损耗免于与可再生功率生产的减少成比例地下降，变换器可以使无功功率在***内循环，使得到电网的净无功功率或自电网的净无功功率不受影响，而IGBT桥内的电流保持得更恒定。使无功功率循环使电流幅值免于与功率成比例地下降。具体地，与不使无功功率循环相比，变换器以减小的功率因数运行。双馈感应发电机（DFIG）具有配置成将无功功率直接地从线路变换器馈送至电网或间接地经由发电机而通过转子变换器来馈送至电网的拓扑结构。因而，一个IGBT桥能够被控制成输出更多的无功电流，并且，另一IGBT桥能够被控制成吸收该增加。
在某些情况下，本发明的实施例包括用于对变换器内的半导体构件的温度变化进行调节的***。该***包括：（i）温度调节器，与变换器内的至少一个半导体通信并与电源通信；和（ii）峰值检测器，与变换器内的至少一个半导体通信，峰值检测器配置成识别各半导体的最高温度。
例如，实施例促进半导体中的温度变化的减小。在一些杰出的实施例中，峰值检测器能够配置成更准确地识别当半导体传导低电流时的温度变化。
在其他实施例中，控制器能够配置成使用温度调节器来将半导体的最高温度变更成增加半导体的使用寿命的温度。
在其他情况下，本发明的实施例包括用于确定变换器内的半导体构件的温度变化的方法，该方法包含：（i）使用温度调节器来对位于半导体构件上的结处的第一半导体温度进行测量；（ii）使用峰值检测器来确定参考温度，该峰值检测器配置成确定当半导体传导高电流时的最高温度和当半导体传导低电流时的最低温度；（iii）对第一半导体温度和参考温度进行求和；（iv）将第一温度和与冷却剂温度比较，以生成第一温度差；以及（v）使无功功率在***内循环，使得根据由电源发送至变换器的能量的量而调整第一温度差。
在一些实施例中，该方法通过使无功功率循环而对第一半导体温度进行迭代，以生成最终半导体温度，使得根据由电源发送至变换器的功率而调整最终半导体温度。
参考附图，在下文中详细地描述本发明的进一步的特征和优点以及本发明的各种实施例的结构和操作。注意到，本发明不限于本文中所描述的具体的实施例。仅出于说明性的目的而在本文中呈现这样的实施例。基于本文中所包含的教导，另外的实施例将对一个或多个相关领域技术人员显而易见。
提供了技术方案1：
一种用于对变换器内的半导体构件的温度变化进行调节的***，包含：
温度调节器，与所述变换器内的至少一个半导体通信并与电源通信，所述温度调节器包括配置成使用无功功率来使至少一个半导体中的热循环最小化的控制器；以及
峰值检测器，与至少一个所述半导体通信，并且，配置成识别当所述半导体传导高电流时的各半导体的最高温度。
提供了技术方案2：如技术方案1所述的***，其中，所述控制器配置成通过处理器而执行对其中所述温度调节器通信的所述半导体的所述温度进行评估的计算机介质指令。
提供了技术方案3：如技术方案1所述的***，其中，所述峰值检测器进一步配置成对作为所述半导体的所述最高温度与所述半导体传导低电流时的所述半导体的最低温度之间的差而计算的温度变化进行识别。
提供了技术方案4：如技术方案3所述的***，其中，所述控制器配置成使用无功功率来将所述至少一个半导体的所述最高温度变更成提高所述半导体的使用寿命的温度。
提供了技术方案5：如技术方案4所述的***，其中，所述控制器通过调整所述至少一个半导体的无功功率而对定子参考进行计算，使得所述至少一个半导体达到预定的温度。
提供了技术方案6：如技术方案4所述的***，其中，所述控制器通过调整所述至少一个半导体的无功功率而对转子参考进行计算，使得所述至少一个半导体达到预定的温度。
提供了技术方案7：如技术方案4所述的***，其中，所述控制器通过调整所述至少一个半导体的无功功率而对线路输出参考进行计算，使得所述至少一个半导体达到预定的温度。
提供了技术方案8：如技术方案1所述的***，其中，所述峰值检测器包括足以达到所述半导体的期望的温度的放电时间。
提供了技术方案9：一种用于确定变换器内的半导体构件的温度变化的方法，包含：
通过包括处理器的温度调节器而对位于所述半导体构件上的结处的第一半导体温度进行测量；
使用峰值检测器来通过所述处理器而确定参考温度，所述峰值检测器配置成确定当所述半导体传导高电流时的最高温度和当所述半导体传导低电流时的最低温度；
通过所述处理器而对所述第一半导体温度与所述参考温度进行求和，以生成第一温度和；
通过所述处理器而将所述第一温度和与冷却剂温度比较，以生成第一温度差；以及
使无功功率在所述***内循环，使得根据由电源发送至所述变换器的能量的量而调整所述第一温度差。
提供了技术方案10：如技术方案9所述的方法，进一步包含：
通过调整所述无功功率而由所述控制器对定子参考进行计算，以便提供给所述至少一个半导体，以达到所述预定的温度；以及
将所述定子参考传递给所述发电机，使得电源可以进行调整，以将所述能量变更到所述至少一个半导体。
提供了技术方案11：如技术方案9所述的方法，进一步包含：
通过调整所述无功功率而由所述控制器对转子参考进行计算，以便提供给所述至少一个半导体，以达到所述预定的温度；以及
将所述转子参考传递给所述发电机，使得电源可以进行调整，以将所述能量变更到所述至少一个半导体。
提供了技术方案12：如技术方案9所述的方法，进一步包含：
通过调整所述无功功率而由所述控制器对线路输出参考进行计算，以便提供给所述至少一个半导体，以达到所述预定的温度；以及
将所述线路输出参考传递给所述发电机，使得电源可以进行调整，以将所述能量变更到所述至少一个半导体。
提供了技术方案13：如技术方案12所述的方法，进一步包含：
在所述***内对所述第一半导体温度进行调整，以生成第二半导体温度；
由所述处理器对所述第二半导体温度与所述参考温度进行求和，以生成第二温度和；
由所述处理器将所述第二温度和与冷却剂温度比较，以生成第二温度差；以及
使无功功率在所述***内循环，使得根据由电源发送至所述变换器的能量的量而调整所述第二温度差。
提供了技术方案14：如技术方案9所述的方法，其中，通过在所述温度调节器内预定的事件而解除所述无功功率。
提供了技术方案15：如技术方案14所述的方法，进一步包含：
通过使无功功率循环而由所述处理器对所述第一半导体温度进行迭代，以生成最终半导体温度，使得根据由电源发送至所述变换器的所述功率而调整所述最终半导体温度。
提供了技术方案16：一种用于对变换器内的半导体构件的温度变化进行修改的方法，包含：
通过包括处理器的温度调节器而对位于所述半导体构件上的结处的第一半导体温度进行测量；
使用峰值检测器来通过所述处理器而对参考温度进行计算，所述峰值检测器配置成确定当所述半导体传导高电流时的最高温度和当所述半导体传导低电流时的最低温度；
通过所述处理器而对所述第一半导体温度与所述参考温度进行求和，以生成第一温度和；
通过所述处理器而将所述第一温度和与冷却剂温度比较，以生成第一温度差；
使无功功率在所述***内循环，使得根据由电源发送至所述变换器的能量的量而调整所述第二温度差；以及
通过使无功功率循环而由所述处理器对所述第一半导体温度进行迭代，以生成最终半导体温度，使得根据由电源发送至所述变换器的所述功率而调整所述最终半导体温度。
提供了技术方案17：如技术方案16所述的方法，其中，通过在所述温度调节器内预定的事件而解除所述无功功率。
提供了技术方案18：如技术方案16所述的方法，进一步包含：
通过调整所述无功功率而由所述控制器对定子参考修改量进行计算，以便提供给所述至少一个半导体，以达到所述预定的温度；以及
将所述定子参考修改量传递给所述发电机，使得涡轮转子可以进行调整，以将所述功率变更到所述至少一个半导体。
提供了技术方案19：如技术方案16所述的方法，进一步包含：
通过调整所述无功功率而由所述控制器对转子参考修改量进行计算，以便提供给所述至少一个半导体，以达到所述预定的温度；以及
将所述转子参考修改量传递给所述发电机，使得涡轮转子可以进行调整，以将所述功率变更到所述至少一个半导体。
提供了技术方案20：如技术方案16所述的方法，进一步包含：
通过调整所述无功功率而由所述控制器对线路输出参考修改量进行计算，以便提供给所述至少一个半导体，以达到所述预定的温度；以及
将所述线路输出参考修改量传递给所述发电机，使得涡轮转子可以进行调整，以将所述功率变更到所述至少一个半导体。
附图说明
合并于本文中且形成说明书的一部分的附图对本发明进行图示，并且，附图连同描述一起进一步用来解释本发明的原理，允许一个或多个相关领域的技术人员作出本发明并且使用本发明。
图1是图示采取风能变换器***的形式的变频的示范性的应用的框图；
图2是图示图1的示范性的应用中的逆变器的示意图；
图3是表示在不同的温度下运行的图2的半导体装置的故障的平均时间的曲线图；
图4是图1的数据集成***的控制器的框图；
图5是图示与图4的控制器相关联的方法的流程图；
图6是图示采取太阳能变换器***的形式的变频的示范性的应用的框图。
具体实施方式
虽然在本文中利用针对特定的应用的说明性的实施例来描述本发明，但应当理解，本发明不限于此。可以看到本文中所提供的教导的本领域技术人员将认识到本发明的范围内以及其中本发明会具有显著的效用的另外的领域内的另外的修改、应用和实施例。
除非另有定义，否则本文中所使用的技术术语和科学术语具有与本公开所属领域的普通技术人员普遍地理解的意义相同的意义。如本文中所使用的术语“第一”、“第二”等等不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于将一个元件与另一个元件区分。而且，术语“一”和“一个”不表示数量的限制，而是表示存在至少一个所引用的条目。术语“或”旨在为包括的，并且，意指所列出的条目中的任一个、任何、几个或全部。
“包括”、“包含”或“具有”及其变型在本文中的使用旨在包含此后列出的条目及其等效物以及另外的条目。术语“连接的”和“耦合的”不局限于物理或机械连接或耦合，并且，可以包括电连接或耦合，不管是直接的还是间接的。术语“电路”、“电路***”以及“控制器”可以包括或者单个构件或者多个构件，这些构件或者是有源构件和/或无源构件，并且，可以可选地连接或以其它方式耦合在一起，以提供所描述的功能。
图1描绘采取风能***100的形式的示范性的应用，风能***100适合于使用涡轮叶片102来从风捕获功率。***100可以包括齿轮箱110，齿轮箱110与涡轮叶片102的涡轮转子104连接。齿轮箱110使涡轮转子104的相对低的速度与发电机120的相对高的速度相适应。
发电机120（例如，感应发电机或同步发电机）将机械功率变换成电功率。例如，图1中所图示的发电机120可以是包括转子绕组130和定子绕组140的双馈感应发电机（DFIG）。
在图1的所图示的实施例中，定子绕组140与变压器115连接，变压器115将电功率通过电感耦合的导体而传输至对电网合适的电压电平。转子绕组130可以通过变换器及逆变器模块（例如，变换器150）而与电网连接，变换器及逆变器模块将机械频率和电频率解耦（例如，以允许变速运行）。
***100的变换器及逆变器模块可以包括两个三相变换器150。一个变换器150可以与转子绕组130连接，并且，第二变换器150可以通过变压器115而与电网连接。被称为S-R比的由定子绕组140产生的电压与由转子绕组130产生的电压的比能够用于确定关于变换器150的定性因素，诸如但不限于变换器内的温度。
图2是包括一个或多个半导体的变换器150的示例配置。变换器150可以包括多个IGBT 152和功率二极管154，每个二极管154与相应的IGBT 152反并联。利用键合线156来将各IGBT 152和二极管154与正DC线路或负DC线路以及输出线路I、II或III联结。如在图2的示例拓扑结构中所看到的，输出线路I、II和III可以输出三相电压vI、vII和vIII。用于在输出158处产生三相输出电流波形的对IGBT 152的输出电流的改变可能导致功率损耗，导致IGBT 152处的更高的结温度。这样的结温度可能导致键合线156的机械应变和/或变形，缩短变换器150的寿命。
由于极高的温度或极低的温度而导致的累积损伤（C）基于热循环数目而确定半导体故障，并且，能够由如下的关系定义：
其中，ni是第i级应力级下的循环的数目，并且，Ni是第i级应力级下的到故障为止的循环的数目。
图3是图示半导体寿命曲线的图表，其中，沿着x轴示出半导体装置从ON到OFF的温度的变化。沿着y轴示出直到出故障的循环数目。
如在图3中所看到的，温度变化（ΔT）减小大约10°C，则提高半导体寿命两倍。例如，ΔT从80°C变化至70°C将寿命从少于100000次循环提高至将近200000次循环。类似地，ΔT从70°C减小至60°C将寿命从大约200000次循环提高至多于400000次循环。
返回参考图1，为了帮助变换器150内的ΔT的调节，***100能够包括另外的构件，诸如峰值检测器170和温度调节器180，以控制变换器150的一个或多个操作。
峰值检测器170能够实现为二极管与电容器的串联连接（未示出），该串联连接输出与所施加的交流（AC）信号的峰值相等的直流（DC）电压。施加于峰值检测器170的AC电压源将电容器充电至输入的峰值。二极管传导正“半循环”，将电容器充电至波形峰值。在输入波形降到存储于电容器上的DC“峰值”以下时，二极管被反向偏置，阻止电流从电容器流回至源。因而，即使当波形下降至零时，电容器也保持峰值。
峰值检测器170能够大约同时地对多个信道执行自动测量。得到的测量能够用于示出数据（例如，以图形的形式绘制），或将数据传输至另一程序，用于交替使用（例如，传输至另一程序）。峰值检测器170还能够检测正峰值（例如，最大波长高度）或负峰值（例如，最小波高度）。在下文中，与图5相关联而进一步详细地描述峰值检测器170。
温度调节器180使一个或多个变换器150内的温度变化减弱。在VAR中测量到的循环通过***的无功功率使IGBT 152免于在电源减弱时过度冷却。
当涡轮转子104的旋转在预定的涡轮的运行速度范围内（例如，制造商推荐的运行速度）时，能够继续进行无功功率的循环。为了在已经减小涡轮转子104的速度之后，使IGBT152继续运行，能够使无功功率循环通过AC线路滤波器，以促进IGBT 152的继续切换。
变换器可以使无功功率在***内循环，使得变换器150内的IGBT桥内的电流恒定。具体地，变换器150以减小的功率因数运行，允许IGBT桥输出更多的无功电流。
在一些实施例中，在涡轮转子104的速度超出正常运行的范围时，另外的调节构件，诸如风扇、加热器以及泵（未示出），与温度调节器180联合而允许冷却剂温度上升。由于当不存在电源时，冷却剂温度上升，因而能够使无功功率循环减少而最终断开。在这种情形下，加热器能够用于增加冷却剂的温度。备选地，能够调整泵速度和/或防冷凝***的运行能够用于增加冷却剂的温度。
在另一实施例中，能够使无功功率循环通过AC线路滤波器，以使IGBT 152保持在预定的ON/OFF位置之间切换。例如，在太阳能逆变器或全功率变换风力涡轮变换器中，当不存在电源时，可以通过在切换期间由IGBT 152产生的热能（即，由于热而导致的切换损耗）而使IGBT 152以低电流运行。使IGBT 152运行，而不是使IGBT 152关闭使当功率减弱时IGBT 152中的温度减小最小化。当IGBT 152继续切换时，能够通过冷却风扇控制而减小冷却风扇速度。备选地，能够使冷却风扇完全停止而允许冷却剂温度上升。在冷却剂温度达到期望的温度时，能够使调节构件（例如，加热器、风扇、泵）断开。
在一些实施例中，能够经由一个或多个控制器，诸如在下文中与图4相关联而描述的控制器400而使温度调节器180和/或其他调节构件（例如，冷却风扇和/或加热器）运行。
控制器400能够包括处理器，该处理器对通过电网侧上的变换器150的无功功率输出进行监测，并且，确定电网侧上的变换器150的功率输出是否满足电网所要求的无功功率。控制器400还包括存储器410。存储器410可配置用于存储软件、固件以及数据中的若干种类，包括应用程序420、数据库430、操作***（OS）440以及I/O装置驱动程序450。
如本领域技术人员将意识到的，OS 440能够是与数据处理***一起使用的任何操作***。I/O装置驱动程序450能够包括由应用程序420来通过OS 440而访问的各种例行程序，以与装置及某些存储器构件通信。
应用程序420能够作为可执行的指令而存储于存储器410和/或固件（未示出）中，并且，能够由处理器460执行。
应用程序420包括各种程序，诸如迭代温度序列502，这些程序在由处理器460执行时，对被接收至温度调节器180中的数据进行处理。
应用程序420可以应用于存储于数据库430中的数据，诸如指定的参数，连同例如经由I/O数据端口470而接收的数据。数据库430表示由可能驻留于存储器410中的应用程序420、OS 440、I/O装置驱动程序450以及其他软件程序所使用的静态数据和动态数据。
虽然存储器410图示为驻留接近于处理器460，但应当理解，存储器410的至少一部分能够是远程访问存储***，例如，通信网络上的服务器。通信网络能够包括例如局域网（LAN）、城域网（MAN）或广域网（WAN）。
应当理解，图4和上文的描述旨在提供其中能够实现本公开的一些实施例的各种方面的合适的环境的简要的一般描述。虽然描述涉及计算机可读的指令，但本公开的实施例还能够与其他程序模块组合而实现，和/或作为除了计算机可读的指令之外或代替计算机可读的指令的硬件与软件的组合而实现。
图5是图示由控制器400执行的示范性的应用程序的流程图。应用程序能够配置成执行迭代温度序列502，以确定IGBT 152（如图2中所看到的）的温度是否在预定的温度范围内。如果IGBT 152在预定的温度范围内，则重复迭代温度序列502。然而，如果IGBT 152不在预定的温度范围内，则能够使通过无功功率序列504而确定的无功功率循环通过一个或多个变换器150。
应当理解，没有必要按任何特定的顺序呈现示范性的应用程序的步骤，并且有可能按备选的顺序执行一些步骤或所有的步骤，并且，预期按备选的顺序执行一些步骤或所有的步骤。
如迭代温度序列502中所描绘的，可以通过控制器400而将软件接合（engaged），控制器400通过接口而传递“接合响应模式”指令消息，控制器400发送对变换器150内的IGBT152的起始温度进行测量的初始请求。
在步骤510，在控制器400对变换器内的一个或多个IGBT 152的起始温度T1进行测量时，开始序列502。能够通过任何已知的测量装置而对IGBT的起始温度进行测量，测量装置是诸如，但不限于，温度计和量规。
在步骤515，序列502以控制器400确定参考温度T参考，（IGBT温度的期望值）而继续。
在一个实施例中，能够使用峰值检测器170来测量T参考。峰值检测器170能够配置成确定当IGBT 152传导高电流时的最高温度和当IGBT 152传导低电流时的最低温度。峰值检测器170可以包括放电率渐变的电容器，其也被称为缓慢衰减。另外，一个或多个变换器150长期以轻负载运行也可以引起缓慢衰减。放电率包括足以达到期望的温度的放电时间。由于对IGBT 152的加热是变换器负载的副产物，因而T参考可以是由一个或多个变换器150的运行造成的最高或最低（峰值）温度点。
在步骤520，迭代温度序列502将来自步骤510的起始温度T1与在步骤515确定的T参考求和，以生成所求和出的温度T和。例如，在初始温度序列的期间，所求和出的温度能够表示为：
T和 = T1 + T参考
其中，T1是起始温度。在随后的序列迭代中，所求和出的温度能够表示为：
T和 = T2、……、n + T参考
其中，T2是迭代序列502内的IGBT 152的第一调整的温度，并且，Tn是与无功功率序列506的“第n个”迭代相关联的温度。
在步骤525，对T和与冷却剂的温度（T冷却剂）之间的温度差（ΔT）进行计算。在步骤530，还在迭代温度序列502内确定ΔT是否在预定的范围内。预定的范围如此，以致于IGBT152的寿命将减少由于如上所述的与温度有关的故障而导致的故障。例如，ΔT可以是10°C的值。
在ΔT在预定的范围内（例如，路径532）的情况下，控制器400能够返回至对IGBT152的温度进行测量的步骤510。
在ΔT不在预定的范围内（例如，路径534）的情况下，控制器400能够启动无功功率序列504。在无功功率序列504内，控制器400对定子参考修改量（定子修改量，M定子）、转子变换器电流修改量（转子修改量，M转子）以及线路输出变换器电流修改量（线路修改量，M线路）进行计算。
在步骤540，控制器400确定定子修改量M定子。在IGBT 152温度低于T参考的情况下，控制器400将移动定子无功电流参考以在幅值方面变得更大。在IGBT 152的温度高于T参考的情况下，调节器将移动定子无功电流参考以减小先前的幅值方面的增加。具体地，如下面的算式那样计算定子修改量：
M定子 = T参考 /T1,……、n.
在步骤545，控制器400基于在步骤550中确定的定子参考修改量而对转子修改量M转子进行计算。例如：
M转子= M定子 ∙ S-R比
其中，S-R比是发电机120内的定子绕组140与转子绕组130的比。
在步骤550，为了维持对电网产生的期望的净无功电流，控制器400将线路修改量M线路作为转子修改量的相反数而计算。具体地，
M线路= （-1） ∙ M转子.
能够由温度调节器180将M定子、M转子和/或M线路传递给电力***100内的构件（例如，变换器控制），以调整涡轮转子104的速度。在温度调节器180使IGBT 152的温度升高的情况下，在保持定子无功电流和线路无功电流的和恒定的同时，M定子、M转子以及M线路进行调整，以便使各修改量在幅值方面更大。
无功功率能够循环通过***100内的AC线路滤波器，直到发生切断事件为止。切断事件可以是预定停止无功功率流动的任何事件。例如，预定的时间推移或已将预定的量的VAR传输至电力***100能够构成切断事件。在已发生切断事件时，无功功率将停止，并且，控制器400将对无功功率对IGBT的温度的影响进行测量。具体地，在步骤510，对调整的温度T2进行测量。
控制器400能够执行无功功率序列504和迭代序列，直到ΔT在预定的范围内为止。例如，控制器400能够包括多达“n”个迭代。
图6中所描绘的可再生能量的替代形式，诸如太阳能***101，能够利用本公开发明的若干实施例。在这些实施例中，通过使用与变换器150连接的电池190而将太阳能变换成电能。
***101能够另外包含充电控制器195，充电控制器195对速率进行调节，电流以此速率加到电池190或从电池190汲取电流。AC和/或DC隔离装置（未示出）。隔离装置允许在诸如电故障或装置维护服务事件中将太阳能源（例如，太阳能电池板）断开。
要意识到，不是发明内容部分和摘要部分，而是具体实施方式部分旨在用于解释权利要求。如一个或多个发明者所预期的，发明内容部分和摘要部分可以阐述本发明的一个或多个示范性的实施例，而不是所有的示范性的实施例，并且因而，不旨在以任何方式限制本发明和所附权利要求。
Claims (20)
1.一种用于对变换器内的半导体构件的温度变化进行调节的***，包含：
温度调节器，与所述变换器内的至少一个半导体通信并与电源通信，所述温度调节器包括配置成使用无功功率来使至少一个半导体中的热循环最小化的控制器；以及
峰值检测器，与至少一个所述半导体通信并且配置成识别当所述半导体传导高电流时的各半导体的最高温度。
2.如权利要求1所述的***，其中，所述控制器配置成通过处理器而执行对其中所述温度调节器通信的所述半导体的所述温度进行评估的计算机介质指令。
3.如权利要求1所述的***，其中，所述峰值检测器进一步配置成对作为所述半导体的所述最高温度与所述半导体传导低电流时的所述半导体的最低温度之间的差而计算的温度变化进行识别。
4.如权利要求3所述的***，其中，所述控制器配置成使用无功功率来将所述至少一个半导体的所述最高温度变更成提高所述半导体的使用寿命的温度。
5.如权利要求4所述的***，其中，所述控制器通过调整所述至少一个半导体的无功功率而对定子参考进行计算，使得所述至少一个半导体达到预定的温度。
6.如权利要求4所述的***，其中，所述控制器通过调整所述至少一个半导体的无功功率而对转子参考进行计算，使得所述至少一个半导体达到预定的温度。
7.如权利要求4所述的***，其中，所述控制器通过调整所述至少一个半导体的无功功率而对线路输出参考进行计算，使得所述至少一个半导体达到预定的温度。
8.如权利要求1所述的***，其中，所述峰值检测器包括足以达到所述半导体的期望的温度的放电时间。
9.一种用于确定变换器内的半导体构件的温度变化的方法，包含：
通过包括处理器的温度调节器而对位于所述半导体构件上的结处的第一半导体温度进行测量；
使用峰值检测器来通过所述处理器而确定参考温度，所述峰值检测器配置成确定当所述半导体传导高电流时的最高温度和当所述半导体传导低电流时的最低温度；
通过所述处理器而对所述第一半导体温度与所述参考温度进行求和，以生成第一温度和；
通过所述处理器而将所述第一温度和与冷却剂温度比较，以生成第一温度差；以及
使无功功率在所述***内循环，使得根据由电源发送至所述变换器的能量的量而调整所述第一温度差。
10.如权利要求9所述的方法，进一步包含：
通过调整所述无功功率而由控制器对定子参考进行计算，以便提供给至少一个半导体，以达到预定的温度；以及
将所述定子参考传递给发电机，使得电源可以进行调整，以将所述能量变更到所述至少一个半导体。
11.如权利要求9所述的方法，进一步包含：
通过调整所述无功功率而由控制器对转子参考进行计算，以便提供给至少一个半导体，以达到预定的温度；以及
将所述转子参考传递给发电机，使得电源可以进行调整，以将所述能量变更到所述至少一个半导体。
12.如权利要求9所述的方法，进一步包含：
通过调整所述无功功率而由控制器对线路输出参考进行计算，以便提供给至少一个半导体，以达到预定的温度；以及
将所述线路输出参考传递给发电机，使得电源可以进行调整，以将所述能量变更到所述至少一个半导体。
13.如权利要求12所述的方法，进一步包含：
在所述***内对所述第一半导体温度进行调整，以生成第二半导体温度；
由所述处理器对所述第二半导体温度与所述参考温度进行求和，以生成第二温度和；
由所述处理器将所述第二温度和与冷却剂温度比较，以生成第二温度差；以及
使无功功率在所述***内循环，使得根据由电源发送至所述变换器的能量的量而调整所述第二温度差。
14.如权利要求9所述的方法，其中，通过在所述温度调节器内预定的事件而解除所述无功功率。
15.如权利要求14所述的方法，进一步包含：
通过使无功功率循环而由所述处理器对所述第一半导体温度进行迭代，以生成最终半导体温度，使得根据由电源发送至所述变换器的所述功率而调整所述最终半导体温度。
16.一种用于对变换器内的半导体构件的温度变化进行修改的方法，包含：
通过包括处理器的温度调节器而对位于所述半导体构件上的结处的第一半导体温度进行测量；
使用峰值检测器来通过所述处理器而对参考温度进行计算，所述峰值检测器配置成确定当所述半导体传导高电流时的最高温度和当所述半导体传导低电流时的最低温度；
通过所述处理器而对所述第一半导体温度与所述参考温度进行求和，以生成第一温度和；
通过所述处理器而将所述第一温度和与冷却剂温度比较，以生成第一温度差；
使无功功率在所述***内循环，使得根据由电源发送至所述变换器的能量的量而调整所述第一温度差；以及
通过使无功功率循环而由所述处理器对所述第一半导体温度进行迭代，以生成最终半导体温度，使得根据由电源发送至所述变换器的所述功率而调整所述最终半导体温度。
17.如权利要求16所述的方法，其中，通过在所述温度调节器内预定的事件而解除所述无功功率。
18.如权利要求16所述的方法，进一步包含：
通过调整所述无功功率而由控制器对定子参考修改量进行计算，以便提供给至少一个半导体，以达到预定的温度；以及
将所述定子参考修改量传递给发电机，使得涡轮转子可以进行调整，以将所述功率变更到所述至少一个半导体。
19.如权利要求16所述的方法，进一步包含：
通过调整所述无功功率而由控制器对转子参考修改量进行计算，以便提供给至少一个半导体，以达到预定的温度；以及
将所述转子参考修改量传递给发电机，使得涡轮转子可以进行调整，以将所述功率变更到所述至少一个半导体。
20.如权利要求16所述的方法，进一步包含：
通过调整所述无功功率而由控制器对线路输出参考修改量进行计算，以便提供给至少一个半导体，以达到预定的温度；以及
将所述线路输出参考修改量传递给发电机，使得涡轮转子可以进行调整，以将所述功率变更到所述至少一个半导体。
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