風(fēng)力發(fā)電是現(xiàn)階段較為成熟的新能源發(fā)電，目前主流的風(fēng)力發(fā)電有雙饋、直驅(qū)兩種技術(shù)路線。雙饋風(fēng)機(jī)系統(tǒng)以其成熟性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中占據(jù)著主流地位。在實(shí)際運(yùn)行過程中，由隨機(jī)風(fēng)速和運(yùn)行工況改變而引起的交變熱應(yīng)力，使得風(fēng)電變流器可靠性逐漸降低，這對(duì)風(fēng)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成了較大影響。

因此，發(fā)展變流器狀態(tài)監(jiān)測(cè)和可靠性評(píng)估技術(shù)，對(duì)于制定和優(yōu)化變流器健康管理、降低風(fēng)電機(jī)組變流器故障率、提高風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行可靠性都具有十分重要的意義。

近期，輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（重慶大學(xué)）的研究人員黃濤、陳民鈾等，提出了計(jì)及疲勞累積及健康狀態(tài)的風(fēng)電變流器可靠性評(píng)估模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：開關(guān)頻率和環(huán)境溫度對(duì)變流器可靠性影響較大，風(fēng)電變流器故障率隨著功率器件的老化顯著升高。有關(guān)研究成果發(fā)表于2018年《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》第20期，論文題目為“計(jì)及疲勞累積及健康狀態(tài)的風(fēng)電變流器可靠性評(píng)估模型”。

在變流器故障統(tǒng)計(jì)中，由功率器件失效引起的故障占31%以上。近年來，研究學(xué)者對(duì)功率模塊的兩種主要失效模式進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析，并發(fā)現(xiàn)焊料層先于鋁引線發(fā)生失效，焊料層失效是IGBT模塊主要的失效方式；從焊料層失效角度分析，運(yùn)用解析模型對(duì)IGBT模塊進(jìn)行了壽命預(yù)測(cè)，不同模型的擬合精度和復(fù)雜程度也有所不同；在實(shí)際載荷分析中，采用線性疲勞累積模型對(duì)器件可靠性進(jìn)行評(píng)估，該模型未考慮載荷順序的影響，不能體現(xiàn)器件的加速老化過程；考慮了器件的加速老化過程，卻不能證明低熱載荷對(duì)器件老化的作用。

現(xiàn)有的風(fēng)電變流器可靠性評(píng)估模型，大都只考慮大載荷作用或采用Miner線性疲勞累積模型，而忽略了變流器實(shí)際運(yùn)行過程中小載荷作用以及健康狀態(tài)對(duì)模塊剩余壽命的影響。

由于風(fēng)速的隨機(jī)性和波動(dòng)性，風(fēng)電變流器常處于低熱載荷作用下，輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（重慶大學(xué)）的研究人員以SKM50GB12T4模塊為研究核心，從焊料層疲勞角度出發(fā)，建立了考慮低載荷作用的功率器件壽命預(yù)測(cè)模型，并設(shè)計(jì)了功率循環(huán)試驗(yàn)以驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性。其后，根據(jù)實(shí)際風(fēng)速仿真模擬變流器結(jié)溫波動(dòng)曲線，運(yùn)用壽命模型對(duì)1.5MW雙饋?zhàn)兞髌鞴收下收归_計(jì)算。

同時(shí)，考慮驅(qū)動(dòng)、控制系統(tǒng)、無(wú)源器件等變流器其他子系統(tǒng)，采用功率器件在線監(jiān)測(cè)與變流器可靠性評(píng)估相結(jié)合的方法，提出了計(jì)及疲勞累積及健康狀態(tài)的風(fēng)電變流器可靠性評(píng)估模型，綜合分析了不同老化程度下運(yùn)行參數(shù)對(duì)雙饋風(fēng)電變流器可靠性的影響，并提出相應(yīng)的可靠性措施：

1）傳統(tǒng)的疲勞累積模型與實(shí)際模塊壽命存在一定的差異，原因是其未考慮實(shí)際運(yùn)行過程中低熱載荷的作用。相比之下分段式疲勞累積模型更符合模塊失效過程，預(yù)測(cè)結(jié)果也更加準(zhǔn)確。

2）機(jī)側(cè)變流器工作頻率即雙饋風(fēng)機(jī)輸出頻率，其結(jié)溫波動(dòng)較網(wǎng)側(cè)變流器更為劇烈，較大的結(jié)溫波動(dòng)使得機(jī)側(cè)變流器的故障率較高，而網(wǎng)側(cè)變流器故障率則一直保持在較低的水平。

3）開關(guān)頻率越大，環(huán)境溫度越高，變流器的可靠性越低。當(dāng)變流器處于線性區(qū)即老化初期時(shí)，其故障率較低，且上升緩慢；當(dāng)變流器臨近非線性區(qū)時(shí)，變流器故障率呈指數(shù)形式激增。

4）處于區(qū)域風(fēng)力等級(jí)大的風(fēng)電場(chǎng)，變流器會(huì)經(jīng)常處于大載荷作用狀態(tài)，此時(shí)可適當(dāng)?shù)亟档湍K的開關(guān)頻率，并同時(shí)提高散熱能力。在保證電能質(zhì)量達(dá)標(biāo)的情況下，應(yīng)盡量減少器件的開關(guān)頻率，以此來提高變流器可靠性。

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