一种IGBT简化结温曲线计算方法

文章基于离散积分原理实现对基波周期内的结温量化表达,开发了一种简化结温曲线方法,将包含详细结温信息的结温波动曲线转换为仅含关键结温信息的简化结温波动曲线,计算精度高,同时能够快速确定最大/最小结温及其出现时刻,极大地降低了计算负担。通过不同基波频率的结温仿真分析,文章所提方法能很好反映结温波动变化,计算精度高。相较于其他结温计算方法,文章所提方法的计算速度优势明显,适应于长时间尺度计算。最后,通过功率考核试验实测结温波动,验证了该方法的准确性。

风电变流器IGBT模块的多时间尺度寿命评估

功率变流器是风机系统的核心组件,其可靠性受风机系统的功率波动影响,因此风电变流器的可靠性评估应考虑长时间任务剖面的影响。然而现有器件可靠性评估方法受限于结温计算方法,难以准确而快速的评估功率器件的寿命。因此文中在分析基于组件可靠性手册和基于失效机理的功率模块可靠性评估方法的基础上,对风电变流器长时间任务剖面进行尺度划分,提出一种功率模块的多时间尺度寿命评估方法。文中以1.2 MW直驱风力发电系统为例,利用器件结温数值计算方法,结合实际风速和气温数据快速计算出器件的多尺度任务剖面,基于文中提出的器件寿命评估方法计算了功率模块的寿命消耗,分析了多时间尺度任务剖面对功率模块寿命消耗的影响,并对研究结论进行了深入讨论。文中结论还为研究提高风电变流器中功率器件寿命的措施提供了一种新的思路。

考虑基频结温波动的风电变流器可靠性评估

目前风电变流器可靠性评估,无法在考虑实际风速、气温等外部环境长期随机变化的情况下考虑基频结温波动对变流器可靠性的影响。文中提出一种结温迭代算法,可以快速数值计算出功率模块结温。该方法与结温电热仿真方法相比,在保证计算精度的同时能大大缩短计算时间。文中以1.2MW直驱风力发电系统为例,利用提出的结温数值计算方法并结合实际风速和气温数据快速计算整年器件结温,采用Bayerer寿命模型和线性累计损伤理论实现了计入基频结温波动的风电变流器可靠性评估。最后还对可靠性计算结果进行了验证,对比分析了机侧和网侧变流器的可靠性差异、低频和基频结温波动对变流器可靠性的影响。结果表明,大功率直驱风力发电系统,机侧变流器可靠性问题更为严重,且基频结温波动对变流器可靠性的影响不容忽视。

考虑基频/低频结温影响的光伏逆变器寿命评估方法

结温波动是光伏逆变器IGBT寿命评估精度的重要影响因素之一.提出了考虑基频/低频结温影响的光伏逆变器寿命评估方法,首先,将结温剖面按不同时间尺度进行划分,对比分析了基频结温和低频结温的物理特性.其次,扩大IGBT寿命评估过程中结温波动频率计算范围,建立了相应的光伏逆变器IGBT电热模型、寿命模型,定量分析了基频结温、低频结温对光伏逆变器寿命评估的影响.最后,以不同纬度地区为例,评估了不同任务剖面和不同采样周期下光伏逆变器的寿命损伤.结果表明,综合考虑基频结温、低频结温对光伏逆变器寿命评估的影响,可有效提高光伏逆变器寿命评估的精度,有助于指导光伏逆变器的运行维护,降低非计划停机造成的经济损失.

MMC系统功率器件基频结温波动快速计算方法

将运行工况转换为器件上承受的热荷载是寿命耗损评估的关键,而寿命耗损评估的准确性受限于功率器件结温计算的速度和精确性。模块化多电平变流器(modular multilevel converter,MMC)系统桥臂电流具有与生俱来的直流偏置特性,使得子模块内部产生热不平衡。且长时间任务剖面下,较大的基频结温波动对子模块中IGBT模块寿命评估影响不容忽视。为此,文中提出一种考虑运行参数影响的基频结温波动快速解析计算方法。以1.3MVA MMC并网系统为例,通过实验平台测试了所用器件的动静态参数,建立精确的3D器件损耗模型,将所提的结温波动计算模型与时域电热仿真进行准确性对比,讨论不同运行参数对所提结温计算方法的影响。最后,基于所提方法对实际传输功率下网侧MMC子模块中IGBT模块基频结温波动进行计算,验证该方法有助于准确评估MMC中功率器件可靠性。

用于提升同相供电潮流控制器运行可靠性的开关频率动态调节方法

同相供电潮流控制器是同相供电系统的薄弱环节,为降低系统运行与维护成本,亟待优化其可靠性。该文从物理失效机理入手,建立潮流控制器可靠性评估流程,研究潮流控制器可靠性影响因素,确定开关频率为潮流控制器可靠性优化的核心控制参数;计及牵引负荷特性,为平滑结温,降低失效率,提出开关频率动态调节方法,在可调区间内,根据牵引负荷匹配开关频率;基于潮流控制器输出波形质量和开关损耗约束,确定开关频率取值范围,以绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)模块失效率单位下降比最大为目标,优化开关频率调节区间,得到最佳动态调节策略;最后以沙峪牵引变电所同相供电潮流控制器为例,结合实测数据,分析开关频率动态调节方法对同相供电潮流控制器可靠性的影响,结果表明IGBT模块失效率降低25.81%以上,验证所提方法的有效性,为潮流控制器的可靠运行与优化设计提供技术支撑。