計及器件不同結(jié)溫變化因素的風(fēng)電變流器可靠性評估.pdf

1、隨著大規(guī)模風(fēng)電場廣泛地投入應(yīng)用,機(jī)組的可靠性問題也越來越受到人們的重視。變流器作為機(jī)組的核心部件,其運(yùn)行功率波動性大,可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于一般工業(yè)用變流器的可靠性水平。作為電力電子設(shè)備,變流器主要功率器件的結(jié)溫隨風(fēng)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(qū)永磁同步風(fēng)電機(jī)組中的全功率變流器為研究對象,重點(diǎn)研究不同風(fēng)速下功率器件結(jié)溫波動的特點(diǎn),不同結(jié)溫波動的變化時間尺度,以及最大風(fēng)能跟蹤控制方式下,機(jī)組暫態(tài)過渡時間對風(fēng)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(fēng)電變流器可靠性評估模型,并分析了運(yùn)行、設(shè)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(jié)溫功率損耗計算公式和熱網(wǎng)絡(luò)模型,基于Matlab/Simulink平臺,搭建了風(fēng)電變流器功率模塊的結(jié)溫仿真模型,并對不同風(fēng)速下功率模塊的結(jié)溫波動特點(diǎn)進(jìn)行分析。首先,分析了恒定風(fēng)速運(yùn)行下,功率模塊結(jié)溫平均值和結(jié)溫波動幅度的變化特點(diǎn);其次,分析了變風(fēng)速運(yùn)行下,陣風(fēng)、漸變風(fēng)以及噪

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

4、平均值波動信息進(jìn)行采樣點(diǎn)評估時,風(fēng)速采樣時間間隔選擇的依據(jù)。最后,以某廠家實(shí)際風(fēng)電機(jī)組為例,計算了風(fēng)速采樣時間間隔與風(fēng)速的關(guān)系。
　?、坩槍Σ煌瑫r間尺度下結(jié)溫波動的特點(diǎn),采用不同方法對各結(jié)溫波動影響下的變流器故障率進(jìn)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(yùn)行狀態(tài)進(jìn)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)