風(fēng)電變流器IGBT模塊結(jié)溫計算及功率循環(huán)能力評估.pdf

1、由于風(fēng)能的間歇式固有特征,風(fēng)電機組長時間、頻繁和大范圍的隨機出力變化,往往導(dǎo)致風(fēng)電變流器 IGBT模塊(由絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)及晶體二極管(Diode)組成)持續(xù)承受劇烈的電熱應(yīng)力沖擊,尤其是風(fēng)電機組機側(cè)變流器長期處于低頻下運行,其IGBT模塊因結(jié)溫波動變化而導(dǎo)致其運行可靠性較低的問題凸顯。為了準確獲取風(fēng)電變流器IGBT模塊的結(jié)溫并評估其運行可靠性,論文以雙饋風(fēng)電機組的變流器IGBT模塊為對象,研究其損耗及結(jié)溫計算模型,并提出

2、機側(cè)變流器IGBT模塊的功率循環(huán)能力評估方法。其選題符合我國大力發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的戰(zhàn)略需求,研究成果對提高大功率風(fēng)電變流器可靠性的狀態(tài)監(jiān)測水平有著重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價值。
　　本文主要內(nèi)容包括:
　?、僭趯GBT模塊封裝結(jié)構(gòu)及熱傳遞過程深入了解的基礎(chǔ)上,重點掌握器件的電熱耦合特性及常見的失效機理,為進一步開展結(jié)溫計算及功率循環(huán)能力的研究奠定基礎(chǔ)。
　　②為了準確計算變流器IGBT模塊的結(jié)溫,研究并建立了基于開關(guān)周期損耗

3、分析方法的IGBT模塊結(jié)溫計算模型,針對實際IGBT模塊,將本文結(jié)溫模型的計算結(jié)果,與采用基于輸出周期損耗分析的常規(guī)結(jié)溫計算模型的結(jié)果進行比較,并和PLECS電力電子熱仿真結(jié)果進行驗證。
　?、蹫闇蚀_分析雙饋風(fēng)電變流器IGBT模塊損耗及結(jié)溫的變化規(guī)律,考慮雙饋風(fēng)電機組運行特性和變流器控制策略,建立了雙饋風(fēng)電變流器IGBT模塊損耗及結(jié)溫計算模型,并分別對風(fēng)電機組全運行工況下機側(cè)和網(wǎng)側(cè)IGBT模塊的損耗及結(jié)溫進行了研究。
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4、為準確評估實際湍流風(fēng)速對雙饋風(fēng)電機組機側(cè)變流器IGBT模塊功率循環(huán)能力的影響,基于雨流算法提取隨機結(jié)溫波動信息,建立了雙饋風(fēng)電機組機側(cè)變流器IGBT模塊平均故障間隔時間(Mean Time Between Failure,MTBF)的評估模型,并分析了不同湍流風(fēng)速對其結(jié)溫波動特性和功率循環(huán)能力的影響。
　　上述研究內(nèi)容為風(fēng)電變流器 IGBT模塊結(jié)溫的在線準確評估及湍流風(fēng)速下模塊可靠性的定量分析奠定了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。