計及器件不同結溫變化因素的風電變流器可靠性評估.pdf

1、隨著大規(guī)模風電場廣泛地投入應用,機組的可靠性問題也越來越受到人們的重視。變流器作為機組的核心部件,其運行功率波動性大,可靠性遠遠低于一般工業(yè)用變流器的可靠性水平。作為電力電子設備,變流器主要功率器件的結溫隨風速連續(xù)波動,是造成變流器故障率高的根本原因。本文以直驅永磁同步風電機組中的全功率變流器為研究對象,重點研究不同風速下功率器件結溫波動的特點,不同結溫波動的變化時間尺度,以及最大風能跟蹤控制方式下,機組暫態(tài)過渡時間對風速采樣時間間隔的

2、影響。最后,提出計及不同時間尺度的離線風電變流器可靠性評估模型,并分析了運行、設計參數(shù)對可靠性的影響。
　　本文的研究內(nèi)容包括以下幾個部分:
　?、俑鶕?jù)結溫功率損耗計算公式和熱網(wǎng)絡模型,基于Matlab/Simulink平臺,搭建了風電變流器功率模塊的結溫仿真模型,并對不同風速下功率模塊的結溫波動特點進行分析。首先,分析了恒定風速運行下,功率模塊結溫平均值和結溫波動幅度的變化特點;其次,分析了變風速運行下,陣風、漸變風以及噪

3、聲風對結溫波動的影響,總結出風速變化持續(xù)時間與結溫波動的關系;最后,分析了隨機風速運行下,結溫的波動特點,為基于結溫變化特性分析,提出變流器可靠性模型奠定基礎。
　?、卺槍ψ冿L速下長時間尺度的結溫平均值波動,通過對機組的暫態(tài)變化特性進行分析,提出風速采樣時間間隔的選擇依據(jù)。首先,將結溫采樣點評估結果和仿真結果進行對比,說明風速采樣點時間間隔選擇的重要性;其次,通過推導風速突變后,機組最大風能捕獲控制方式下的暫態(tài)過渡時間,提出對結溫

4、平均值波動信息進行采樣點評估時,風速采樣時間間隔選擇的依據(jù)。最后,以某廠家實際風電機組為例,計算了風速采樣時間間隔與風速的關系。
　?、坩槍Σ煌瑫r間尺度下結溫波動的特點,采用不同方法對各結溫波動影響下的變流器故障率進行計算,提出計及不同時間尺度的變流器可靠性評估模型。首先,在建立長時間尺度下故障率計算模型時,對變流器運行狀態(tài)進行二維劃分,并采用雨流計數(shù)法提取器件的溫度循環(huán)信息。其次,在建立短時間尺度下故障率計算模型時,根據(jù)功率循環(huán)