風(fēng)電全功率變流器的可靠性評(píng)估.pdf

1、傳統(tǒng)化石能源的局限性促進(jìn)了可再生能源的發(fā)展與應(yīng)用，尤其是風(fēng)能技術(shù)的興起，已在電網(wǎng)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。調(diào)查結(jié)果表明，風(fēng)機(jī)中風(fēng)電變流器系統(tǒng)顯示出較低的可靠性，而功率半導(dǎo)體器件是變流器中的核心元件，同時(shí)也是最薄弱的元件之一，是影響風(fēng)機(jī)正?？煽窟\(yùn)行的重要因素之一，所以對(duì)風(fēng)電變流器的可靠性評(píng)估，并提出改進(jìn)措施，以確保風(fēng)電系統(tǒng)正?？煽窟\(yùn)行迫在眉睫。
　　由于風(fēng)速的隨機(jī)變化使風(fēng)機(jī)的輸出功率及器件損耗也跟著變化，導(dǎo)致器件的結(jié)溫也發(fā)生隨機(jī)波動(dòng)，

2、而器件的失效速率很大程度上是由器件的結(jié)溫及其變化幅值決定的。為此，本文利用實(shí)際的風(fēng)速及氣溫?cái)?shù)據(jù)，結(jié)合風(fēng)機(jī)的輸出特性計(jì)算其輸出功率及變流器的損耗，從而獲得器件的結(jié)溫。在器件可靠性評(píng)估模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)以適用于風(fēng)電變流器的可靠性評(píng)估，且在考慮不同參數(shù)對(duì)變流器可靠性的影響時(shí)，采用不同的評(píng)估模型，便于研究各參數(shù)對(duì)全功率變流器可靠性的影響，在此基礎(chǔ)上，提出了相應(yīng)的改善措施以提高風(fēng)電變流器的可靠性。由于目前針對(duì)風(fēng)電變流器的可靠性評(píng)估還比較

3、少，于是，文中對(duì)一些因素如何影響風(fēng)電變流器的可靠性也做了一些探索性研究，所做主要工作如下：
　　為了準(zhǔn)確利用風(fēng)速數(shù)據(jù)評(píng)估風(fēng)電變流器的可靠性，利用改進(jìn)后的變流器可靠性評(píng)估模型?=f(vwind(?t), Tamb(?t))，首先分析了不同記錄時(shí)間間隔?t下的風(fēng)速對(duì)變流器中器件結(jié)溫幅值及其波動(dòng)大小計(jì)算結(jié)果的影響，從而影響變流器的可靠性評(píng)估。研究結(jié)果表明：當(dāng)風(fēng)速及氣溫?cái)?shù)據(jù)的記錄時(shí)間間隔在2~4分鐘之間，風(fēng)電變流器可靠性的評(píng)估結(jié)果較為準(zhǔn)確

4、；反之，若記錄時(shí)間間隔較長(zhǎng)（如大于10分鐘），將會(huì)高估變流器的可靠性。利用改進(jìn)后的變流器可靠性評(píng)估模型?=f(vwind(t), Tamb(t))，分析了風(fēng)速及氣溫對(duì)變流器可靠性的影響，得出風(fēng)速的影響起主導(dǎo)作用，且風(fēng)電變流器的可靠性評(píng)估，需要綜合考慮平均風(fēng)速及風(fēng)速隨機(jī)波動(dòng)造成器件結(jié)溫波動(dòng)對(duì)變流器可靠性的影響。
　　從風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)中器件結(jié)溫的變化考慮風(fēng)電變流器的可靠性，利用改進(jìn)后的變流器可靠性評(píng)估模型?=f(vcut_in, vra

5、ted, vcut_out)，分析論證了風(fēng)機(jī)切入運(yùn)行風(fēng)速、額定風(fēng)速及切除停機(jī)風(fēng)速對(duì)變流器可靠性的影響。實(shí)例表明：額定風(fēng)速與切除停機(jī)風(fēng)速對(duì)變流器可靠性影響比較大，額定風(fēng)速越低，風(fēng)電變流器的可靠性越低，且風(fēng)機(jī)宜在低風(fēng)速切入運(yùn)行，盡可能高的風(fēng)速切除停機(jī)，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)電變流器的高可靠運(yùn)行。
　　為便于優(yōu)化參數(shù)以設(shè)計(jì)高可靠性的風(fēng)電變流器，利用改進(jìn)后的變流器可靠性評(píng)估模型?=f(fs, cosφ0, Rha)及?=f(SW, NP)，研究了變流器

6、的系統(tǒng)參數(shù)，開(kāi)關(guān)調(diào)制方式及多個(gè)器件并聯(lián)對(duì)風(fēng)電變流器可靠性的影響。研究表明：開(kāi)關(guān)頻率及散熱熱阻對(duì)變流器的可靠性影響比較大；注入三次諧波SPWM與常規(guī)SPWM對(duì)變流器可靠性的影響差別不大；采取多個(gè)器件并聯(lián)，由于數(shù)量的成倍增加，大大降低了風(fēng)電變流器的可靠性。
　　針對(duì)網(wǎng)側(cè)與機(jī)側(cè)變流器工作機(jī)理的不同造成兩者可靠性的差異，提出了當(dāng)IGBT用于整流時(shí)，適當(dāng)提高二極管芯片面積以降低熱阻，以此來(lái)提高變流器的可靠性，實(shí)例結(jié)果表明：適當(dāng)降低機(jī)側(cè)二極管