風(fēng)電變流器中IGBT的可靠性研究.pdf

1、風(fēng)力發(fā)電是目前新能源的焦點(diǎn)之一，度電成本達(dá)到了與火電相近的程度，具備大規(guī)模開(kāi)發(fā)的條件，近年發(fā)展非常迅速。我國(guó)目前的主流機(jī)型是1.5MW等級(jí)的雙饋和直驅(qū)風(fēng)機(jī)，1.5MW及以上功率等級(jí)的風(fēng)機(jī)將是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)；而雙饋，直驅(qū)和半直驅(qū)將在未來(lái)共同存在。風(fēng)電設(shè)備工作于野外，要求20年以上的壽命，工作條件苛刻，維修不便利，因此可靠性要求高。然而，野外晝夜氣溫變化大，加上風(fēng)速又無(wú)時(shí)無(wú)刻不在變化，以及潮濕，鹽霧，風(fēng)沙，極端的高溫和低溫，這些都對(duì)變流器的

2、穩(wěn)定可靠運(yùn)行造成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。截止到2010年底，我國(guó)風(fēng)電變流器中(包括5MW風(fēng)機(jī))，使用的功率器件全部是IGBT，由于IGBT的特殊結(jié)構(gòu)，該類(lèi)器件的功率循環(huán)/熱循環(huán)能力遠(yuǎn)不如晶閘管(包括GTO/IGCT)，而風(fēng)電變流器中，由于風(fēng)無(wú)時(shí)無(wú)刻不在變化，為了實(shí)現(xiàn)最大風(fēng)能捕獲，以致機(jī)側(cè)變流器的電流電壓以及頻率需要隨風(fēng)的變化而變動(dòng)，而網(wǎng)側(cè)變流器的電流需要隨風(fēng)的變化而變化，以便向電網(wǎng)上輸送頻率和電壓穩(wěn)定的電能；變流器的頻率，電壓，電流的持續(xù)變化，將在功

3、率器件上產(chǎn)生大量功率循環(huán)/熱循環(huán)載荷，對(duì)功率器件的可靠性形成影響。
　　變流器的可靠性是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，對(duì)變流器可靠性的檢驗(yàn)，往往需要很長(zhǎng)的時(shí)間，然而，功率器件廠商的失效統(tǒng)計(jì)及實(shí)踐表明，可以通過(guò)一系列方法，結(jié)合變流器的實(shí)際工作情況，進(jìn)而對(duì)功率器件的可靠性進(jìn)行有效的預(yù)測(cè)。論文首先分析影響功率器件可靠性的各種因素，以及功率器件可靠性的相關(guān)數(shù)據(jù)；其后，對(duì)來(lái)自某風(fēng)場(chǎng)變流器運(yùn)行的實(shí)際數(shù)據(jù)(一周年)，利用雨流矩陣，以及Matlab的WAFO技

4、術(shù)，結(jié)合功率器件的相關(guān)可靠性數(shù)據(jù)，以及相關(guān)的可靠性理論，預(yù)測(cè)風(fēng)力發(fā)電變流器中，功率器件的壽命。
　　本文是國(guó)內(nèi)首篇詳細(xì)介紹功率器件可靠性，以及結(jié)合風(fēng)場(chǎng)變流器的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，依照器件廠家的相關(guān)可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)和長(zhǎng)期應(yīng)用的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，運(yùn)用WAFO技術(shù)，預(yù)測(cè)變流器中功率器壽命的文章。雖然其準(zhǔn)確性的檢驗(yàn)需要較長(zhǎng)的時(shí)間，但其方法及結(jié)果得到了功率器件廠商的認(rèn)可，利用該方法，可以在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)早期，對(duì)功率器件的壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，為實(shí)際研究變流器功率器件的壽