计及运行工况的MMC换流阀可靠性建模与分析

模块化多电平换流器(MMC)换流阀作为高压直流输电系统的核心设备,其可靠性关系到整个输电系统的安全稳定运行。以典型高压直流输电MMC换流阀为例,考虑换流阀运行工况,建立基于故障树分析方法的MMC换流阀的可靠性模型,并对其薄弱环节进行分析。首先,建立融入换流阀运行工况IGBT、二极管等元件的故障率模型;其次,考虑MMC换流阀功率模块和外围控制保护系统等,运用故障树分析方法,建立MMC换流阀故障树模型,得到相应可靠性指标的表达式;最后,根据可靠性指标公式计算各元件的故障率,采用概率灵敏度和关键灵敏度指标,辨识MMC换流阀的薄弱环节。结果表明:在整流和逆变工况下,MMC换流阀和元件的故障率最大,而在纯无功工况下故障率最小; IGBT模块和电源供给是MMC换流阀的薄弱环节,MMC子模块性能对换流阀可靠性的影响最为显著。

单芯片压接式IGBT老化试验及失效机理研究

针对现有的多芯片压接式绝缘栅双极型晶体管(IGBT)平台难以监测每个芯片运行情况的问题,通过参考焊接型IGBT相关的试验控制策略、试验流程和数据采集,进行了可控压力的单芯片压接式IGBT模块的功率循环平台试验设计研究,通过功率循环试验研究了不同压力下压接式IGBT的失效机理,得到了单芯片模块可能的主要失效模式和模块的薄弱环节。试验结果表明,单芯片压接式IGBT模块的主要失效模式是微动磨损和栅氧化层损坏,模块的薄弱环节在于芯片与下钼层之间、栅极弹簧顶针与栅极接触处。该研究可为使用压接式IGBT的换流阀、断路器等设备的安全评估和可靠性监控等方面提供理论参考和数据支撑。