風電全功率變流器的可靠性評估.pdf

1、傳統(tǒng)化石能源的局限性促進了可再生能源的發(fā)展與應用，尤其是風能技術的興起，已在電網(wǎng)中發(fā)揮越來越重要的作用。調(diào)查結果表明，風機中風電變流器系統(tǒng)顯示出較低的可靠性，而功率半導體器件是變流器中的核心元件，同時也是最薄弱的元件之一，是影響風機正常可靠運行的重要因素之一，所以對風電變流器的可靠性評估，并提出改進措施，以確保風電系統(tǒng)正?？煽窟\行迫在眉睫。
　　由于風速的隨機變化使風機的輸出功率及器件損耗也跟著變化，導致器件的結溫也發(fā)生隨機波動，

2、而器件的失效速率很大程度上是由器件的結溫及其變化幅值決定的。為此，本文利用實際的風速及氣溫數(shù)據(jù)，結合風機的輸出特性計算其輸出功率及變流器的損耗，從而獲得器件的結溫。在器件可靠性評估模型的基礎上，通過適當?shù)母倪M以適用于風電變流器的可靠性評估，且在考慮不同參數(shù)對變流器可靠性的影響時，采用不同的評估模型，便于研究各參數(shù)對全功率變流器可靠性的影響，在此基礎上，提出了相應的改善措施以提高風電變流器的可靠性。由于目前針對風電變流器的可靠性評估還比較

3、少，于是，文中對一些因素如何影響風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：
　　為了準確利用風速數(shù)據(jù)評估風電變流器的可靠性，利用改進后的變流器可靠性評估模型?=f(vwind(?t), Tamb(?t))，首先分析了不同記錄時間間隔?t下的風速對變流器中器件結溫幅值及其波動大小計算結果的影響，從而影響變流器的可靠性評估。研究結果表明：當風速及氣溫數(shù)據(jù)的記錄時間間隔在2~4分鐘之間，風電變流器可靠性的評估結果較為準確

4、；反之，若記錄時間間隔較長（如大于10分鐘），將會高估變流器的可靠性。利用改進后的變流器可靠性評估模型?=f(vwind(t), Tamb(t))，分析了風速及氣溫對變流器可靠性的影響，得出風速的影響起主導作用，且風電變流器的可靠性評估，需要綜合考慮平均風速及風速隨機波動造成器件結溫波動對變流器可靠性的影響。
　　從風機運行狀態(tài)中器件結溫的變化考慮風電變流器的可靠性，利用改進后的變流器可靠性評估模型?=f(vcut_in, vra

5、ted, vcut_out)，分析論證了風機切入運行風速、額定風速及切除停機風速對變流器可靠性的影響。實例表明：額定風速與切除停機風速對變流器可靠性影響比較大，額定風速越低，風電變流器的可靠性越低，且風機宜在低風速切入運行，盡可能高的風速切除停機，以實現(xiàn)風電變流器的高可靠運行。
　　為便于優(yōu)化參數(shù)以設計高可靠性的風電變流器，利用改進后的變流器可靠性評估模型?=f(fs, cosφ0, Rha)及?=f(SW, NP)，研究了變流器

6、的系統(tǒng)參數(shù)，開關調(diào)制方式及多個器件并聯(lián)對風電變流器可靠性的影響。研究表明：開關頻率及散熱熱阻對變流器的可靠性影響比較大；注入三次諧波SPWM與常規(guī)SPWM對變流器可靠性的影響差別不大；采取多個器件并聯(lián)，由于數(shù)量的成倍增加，大大降低了風電變流器的可靠性。
　　針對網(wǎng)側與機側變流器工作機理的不同造成兩者可靠性的差異，提出了當IGBT用于整流時，適當提高二極管芯片面積以降低熱阻，以此來提高變流器的可靠性，實例結果表明：適當降低機側二極管