楊珍貴 杜 雄 孫鵬菊 周雒維

（重慶大學(xué)輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 重慶 400044）

0 引言

風(fēng)電變流器在全功率風(fēng)電結(jié)構(gòu)中起到解耦及電能轉(zhuǎn)換的作用，將機(jī)側(cè)的變頻輸入轉(zhuǎn)換為網(wǎng)側(cè)的恒頻輸出[1]，是風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的核心元件。然而風(fēng)機(jī)的惡劣工作環(huán)境，通常使得風(fēng)電變流器的可靠性相比其他工業(yè)領(lǐng)域里要低[2]。文獻(xiàn)[2]中，通過對超過6 000臺(tái)陸地風(fēng)電機(jī)組歷時(shí)11年的可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，得到風(fēng)電機(jī)組中各子系統(tǒng)的失效率如圖1所示。由圖1可知，風(fēng)電變流器失效率非常高，僅次于電氣系統(tǒng)。為了降低運(yùn)行及維護(hù)成本，亟需對風(fēng)電變流器的可靠性進(jìn)行分析，以提出相應(yīng)的改善措施，確保低成本、長期可靠的運(yùn)行環(huán)境。

圖1 風(fēng)電機(jī)組中各子系統(tǒng)的平均失效率分布Fig.1 Distribution of average failure rates over wind turbine subsystems

文獻(xiàn)[3]指出，風(fēng)電變流器失效中超過50%的故障是由于功率半導(dǎo)體器件造成，而器件的性能主要與工作溫度、濕度及承受的電應(yīng)力有關(guān)[4,5]，尤其是器件的結(jié)溫及其幅值波動(dòng)很大程度上決定了它們的失效速率[5]。由于風(fēng)速變化的隨機(jī)性，風(fēng)機(jī)的輸出功率及器件的損耗也跟著發(fā)生相應(yīng)的變化，器件的工作溫度也發(fā)生隨機(jī)波動(dòng)，以致嚴(yán)重影響了風(fēng)電變流器的可靠運(yùn)行。

鑒于器件工作溫度對變流器可靠性的重要影響，目前，有諸多文獻(xiàn)基于器件的工作溫度對工業(yè)應(yīng)用中變流器的可靠性進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[6,7]基于器件結(jié)溫幅值大小評估了不同變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的可靠性差異，缺乏考慮器件溫度波動(dòng)的影響；文獻(xiàn)[8]給出了航空三相功率變流器在一種工作狀態(tài)下的可靠性設(shè)計(jì)步驟，卻沒有分析負(fù)載變化造成器件工作溫度波動(dòng)對變流器可靠性的影響；文獻(xiàn)[9]對小型風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中兩種不同變流器拓?fù)涔ぷ髟陬~定狀態(tài)下的可靠性進(jìn)行比較，缺乏分析風(fēng)速變化造成器件溫度波動(dòng)對變流器可靠性的影響；文獻(xiàn)[10]分析影響風(fēng)電變流器可靠性的影響因素時(shí)，考慮了風(fēng)速變化的影響，而變流器系統(tǒng)參數(shù)的影響卻沒有深入研究。根據(jù)現(xiàn)有的文獻(xiàn)報(bào)道，業(yè)界針對變流器可靠性的研究主要是基于設(shè)計(jì)初始階段，考慮變流器在一種工作狀態(tài)下的可靠性優(yōu)劣，而對于因風(fēng)速隨機(jī)變化使得風(fēng)電變流器頻繁工作在多種狀態(tài)下的可靠性研究，目前還比較少。

本文以永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)（Permanent Magnet Synchronous Generator，PMSG）連接著“背靠背”的二電平全功率變流器為例，如圖2所示，結(jié)合實(shí)測的風(fēng)速及氣溫?cái)?shù)據(jù)，分析論證了變流器參數(shù)——功率因數(shù)、開關(guān)頻率及散熱熱阻的變化，導(dǎo)致器件工作溫度變化對變流器可靠性的影響。

圖2 PMSG風(fēng)電機(jī)組拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.2 Topology of PMSG wind turbine

本文首先根據(jù)溫度對器件失效的機(jī)理，綜合考慮鋁鍵合線失效和焊料層疲勞兩種失效模式，給出了功率半導(dǎo)體器件的可靠性預(yù)測模型。利用風(fēng)機(jī)輸出功率與變流器中器件損耗及結(jié)溫的關(guān)系，結(jié)合器件的溫度計(jì)算，得出變流器可靠性的預(yù)測流程圖。然后以實(shí)際風(fēng)速數(shù)據(jù)為例，分析論證了變流器系統(tǒng)參數(shù)對變流器可靠性的影響，并初步討論提高變流器可靠性的措施。

1 全功率風(fēng)電變流器的可靠性評估

1.1 可靠性評估模型

由于構(gòu)成功率半導(dǎo)體器件材料之間的熱膨脹系數(shù)差異，當(dāng)器件的工作溫度發(fā)生變化時(shí)，材料形成不同程度上的壓縮或拉伸而產(chǎn)生剪應(yīng)力，逐漸累積之后導(dǎo)致器件發(fā)生熱疲勞失效[4,5]。在功率循環(huán)波動(dòng)下，功率絕緣柵雙極晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）器件中最常見的失效類型主要有兩種：鋁鍵合線失效與焊料層疲勞失效。文獻(xiàn)[5]給出了IGBT鋁鍵合線功率循環(huán)失效周期數(shù)Nf與結(jié)溫變化大小ΔTj及平均結(jié)溫Tm關(guān)系，如圖3所示。從圖中可以看出，隨著Tm或ΔTj的增大，失效周期數(shù)越短，且ΔTj對器件壽命的影響比Tm更加顯著。

圖3 功率循環(huán)失效周期數(shù)Nf與Tm及ΔTj的關(guān)系Fig.3 Number of power cycles to failureNfas function ofΔTjandTm

功率循環(huán)失效周期數(shù)與Tm及ΔTj的關(guān)系可表示為[5]

式中，Nf(Tm,ΔTj)為Tm及ΔTj下的功率循環(huán)失效周期數(shù)；參數(shù)A1、n1是與功率模塊相關(guān)的常數(shù)，可以由試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到，本文分別取值為302 500和 5.039；Ea為激活能量常數(shù)，取值9.89×10?20J；k為玻耳茲曼常量[11]。

發(fā)生焊料層疲勞失效的壽命模型可以用殼溫變化大小ΔTc表示為[12]

式中，Nf(ΔTc)為在殼溫變化ΔTc下的功率循環(huán)失效周期數(shù)；參數(shù)A2、n2同樣由試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到[13]，本文分別取值為1.3×1023和10.1。

為了預(yù)測功率器件的平均失效時(shí)間（Mean Time To Failure，MTTF），通常采用線性疲勞損傷積累模型，由此，IGBT鋁鍵合線的MTTF計(jì)算式為[14]

式中，T為負(fù)載功率循環(huán)下的單位循環(huán)時(shí)間；N（Tm,ΔTj）為每個(gè)時(shí)間T內(nèi)，在ΔTj及Tm下對應(yīng)的功率波動(dòng)循環(huán)個(gè)數(shù)。同理，可以獲得 IGBT焊料層的平均失效時(shí)間tMTTFs。

器件失效率的計(jì)算模型是在不同失效機(jī)理下產(chǎn)生的各自失效率疊加起來的，而失效率又可表示為MTTF的倒數(shù)[15,16]，因此，單個(gè) IGBT的失效率可以表示為

根據(jù)文獻(xiàn)[17]，由多個(gè)電子元件組成系統(tǒng)的失效率λtotal可以表示為各個(gè)電子元件失效率的疊加，因此，風(fēng)電變流器的失效率計(jì)算式為

式中，λgrI與λgrD分別表示網(wǎng)側(cè)IGBT與二極管的失效率；λgeI與λgeD分別表示機(jī)側(cè)IGBT與二極管的失效率。

1.2 結(jié)溫與殼溫計(jì)算

三相變流器的簡化熱模型如圖4所示[18]，圖中，PI與PD分別表示IGBT與二極管在一個(gè)正弦輸出周期內(nèi)的平均損耗；Rjc與Rch分別表示 IGBT結(jié)到殼與殼到散熱器之間的熱阻；Rjcd與Rchd分別表示二極管結(jié)到殼與殼到散熱器之間的熱阻；Rha表示散熱器到環(huán)境之間的熱阻，由散熱條件決定；Tamb表示環(huán)境溫度。由圖 4可知，IGBT結(jié)溫與殼溫的計(jì)算式為

式中，Ptotal為三相變流器的總損耗，即 6個(gè) IGBT模塊損耗的和。同理，可以計(jì)算二極管的結(jié)溫Tjd與殼溫Tjcd。損耗PI、PD及Ptotal的具體計(jì)算可以參考文獻(xiàn)[14]。

圖4 三相變流器的簡化熱模型Fig.4 Simplified thermal model of three phase converter

每個(gè)溫度循環(huán)中，結(jié)溫變化的同時(shí)也包含了殼溫的變化，結(jié)溫幅值變化大小ΔTj與平均結(jié)溫Tm[17]計(jì)算式為

式中，Tjmax與Tjmin分別為一個(gè)溫度循環(huán)中結(jié)溫的最大值與最小值。殼溫變化ΔTc的計(jì)算式為

1.3 可靠性評估方法

風(fēng)機(jī)的輸出功率通常可通過風(fēng)電場測量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)來反映[22]或風(fēng)速來估算[10]，由于獲得單臺(tái)風(fēng)機(jī)的實(shí)時(shí)功率輸出較為困難，于是，本文利用風(fēng)速數(shù)據(jù)，根據(jù)風(fēng)機(jī)的輸出功率曲線特性來估算風(fēng)機(jī)的功率輸出，并以此作為評估風(fēng)電變流器可靠性的基礎(chǔ)[10]?；谏鲜龇治?，風(fēng)電全功率變流器可靠性的評估步驟如圖5所示，首先結(jié)合風(fēng)速數(shù)據(jù)計(jì)算風(fēng)機(jī)的輸出功率，接著利用變流器的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行損耗計(jì)算，然后考慮氣溫?cái)?shù)據(jù)結(jié)合變流器熱模型得到器件的結(jié)溫及殼溫，之后計(jì)算每個(gè)溫度循環(huán)的ΔTj、Tm及ΔTc以評估變流器的可靠性。

圖5 風(fēng)電系統(tǒng)中變流器可靠性評估流程Fig.5 Flow chart of converter reliability evaluation in wind power system

2 變流器參數(shù)對可靠性的影響

由上述分析可知，功率器件的可靠性主要受溫度的影響，而根據(jù)圖4中變流器的熱模型，溫度的大小取決于器件的損耗、熱阻及氣溫大小，損耗又由變流器的系統(tǒng)參數(shù)決定，如負(fù)載電流、開關(guān)頻率和功率因數(shù)等[10,14]。器件熱阻、氣溫及負(fù)載電流分別由制造工藝、工作環(huán)境及風(fēng)機(jī)捕獲的功率決定，很難通過人為的因素進(jìn)行控制；而開關(guān)頻率、散熱條件及功率因數(shù)都是可以控制的變量，因此，本文將分別分析這些可控參數(shù)對風(fēng)電變流器可靠性的影響。

2.1 理論分析

（1）器件的開關(guān)損耗表達(dá)式為[10]

式中，PIs與PDs為IGBT與二極管在一個(gè)輸出周期內(nèi)的平均開關(guān)損耗；Eon與Eoff為器件 datasheet中IGBT在參考電壓Vref、電流Iref下的開通與關(guān)斷能量損耗；Erec為二極管在Vref及Iref下的反向恢復(fù)能量損耗；Vdc為變流器直流側(cè)的電壓；Im為每相輸入電流的峰值。

當(dāng)開關(guān)頻率fs發(fā)生變化時(shí)，器件的開關(guān)損耗會(huì)受到影響，以致影響器件的工作溫度。開關(guān)頻率越大，器件的損耗越大，器件的溫度及其波動(dòng)就越大，由式（1）、式（2）可知，這會(huì)降低器件的壽命而增大變流器的失效率。

（2）相電流峰值Im的計(jì)算式為[14]

式中，Pt表示風(fēng)機(jī)捕獲的功率，大小取決于風(fēng)速，計(jì)算表達(dá)式可參考文獻(xiàn)[20]；Ul表示變流器交流側(cè)線電壓的有效值；φ0為功率因數(shù)角。

由于風(fēng)機(jī)輸入的有功功率由風(fēng)速?zèng)Q定，當(dāng)功率因數(shù) cosφ0變小時(shí)，負(fù)載峰值電流增大，無功消耗增大，機(jī)側(cè)、網(wǎng)側(cè)器件的損耗都會(huì)增大，器件的溫度也跟著增大而降低變流器的可靠性。

（3）由變流器的簡化熱模型可知，散熱器熱阻Rha增大，器件的結(jié)溫、殼溫增大，變流器的失效率也會(huì)隨著增大。

2.2 實(shí)例分析

如圖6、圖7所示，本文以愛爾蘭Dublin測得的2011～2012年風(fēng)速及氣溫?cái)?shù)據(jù)[21]作為評估變流器可靠性的基礎(chǔ)，分析驗(yàn)證參數(shù) cosφ0、fs及Rha的變化對變流器可靠性的影響。

圖6 2011～2012年Dublin的風(fēng)速分布Fig.6 Profile of wind speed in Dublin in 2011～2012

圖7 2011～2012年Dublin的氣溫概況Fig.7 Profile of air temperature in Dublin in 2011～2012

本文所采用的風(fēng)速數(shù)據(jù)是每分鐘記錄一次（一年內(nèi)共488 153個(gè)數(shù)據(jù)），文獻(xiàn)[22]指出，雖然風(fēng)速在短時(shí)間內(nèi)的變化會(huì)較大，然而風(fēng)電場輸出功率在秒與秒之間的變化很小，只有容量的0.1%，而在每分鐘之間的變化只有容量的1%，因此，可認(rèn)為在每分鐘內(nèi)，風(fēng)機(jī)輸出的功率同樣變化較小，可不考慮風(fēng)電變流器中器件在此時(shí)間內(nèi)發(fā)生溫度波動(dòng)。在不考慮濕度等外界變化對系統(tǒng)可靠性影響的前提下，根據(jù)圖5所示的變流器可靠性評估步驟，通過一年的風(fēng)速數(shù)據(jù)，利用Matlab軟件可以統(tǒng)計(jì)出一年內(nèi)器件溫度循環(huán)的ΔTj、Tm及ΔTc的數(shù)值及其次數(shù)，并得出相應(yīng)變流器的每年失效率。

圖2中額定功率為1MW的PMSG與變流器中IGBT功率器件的參數(shù)分別見表1[10,23]和表2[24]。表1風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)中切入運(yùn)行風(fēng)速vcut_in、額定風(fēng)速vrated及切除停機(jī)風(fēng)速vcut_out的大小由年平均風(fēng)速確定[23]。

表1 1MW的PMSG風(fēng)機(jī)參數(shù)Tab.1 Parameters of 1MW PMSG wind turbine

表2 變流器中IGBT功率器件參數(shù)Tab.2 Parameters of IGBT power device in converter

（1）開關(guān)頻率的影響。開關(guān)頻率的變化與變流器失效率的關(guān)系見表3。從表3可以看出，fs越大，變流器的失效率就越大，由于開關(guān)頻率越大，器件的開關(guān)損耗越大，器件的工作溫度及其波動(dòng)就越大，因此，變流器的失效率越大。當(dāng)風(fēng)機(jī)以額定輸出時(shí)，在不同開關(guān)頻率下，網(wǎng)側(cè)與機(jī)側(cè)變流器中器件損耗的變化如圖8所示。從圖中可以看出，由于開關(guān)損耗在總損耗中占的比重較大，當(dāng)開關(guān)頻率發(fā)生變化時(shí)，損耗變化較大，會(huì)明顯影響器件的溫度大小，使得變流器失效率的變化較明顯。

表3 開關(guān)頻率與變流器失效率之間的關(guān)系Tab.3 Relationship of switching frequency and converter failure rate

圖8 器件損耗與開關(guān)頻率的關(guān)系Fig.8 Relation between component power loss and switching frequency

（2）功率因數(shù)的影響。選取功率因數(shù)值時(shí)，通常選取較高的值，以保證較小的無功消耗。參考我國風(fēng)電并網(wǎng)要求，無功調(diào)節(jié)容量應(yīng)滿足功率因數(shù)在超前0.95～滯后0.95[25]，當(dāng)功率因數(shù)在此范圍內(nèi)變化時(shí)，風(fēng)電變流器失效率的變化情況見表4。從表4可以看出，當(dāng)cosφ0變小時(shí)，由于變流器損耗增大，器件工作溫度幅值及其波動(dòng)大小變大，于是變流器失效率增大。

表4 變流器的失效率與功率因數(shù)的關(guān)系Tab.4 Relationship of converter failure rate and power factor

（3）散熱器熱阻的影響。散熱器熱阻的變化與變流器失效率的關(guān)系見表5。

表5 散熱器熱阻與變流器失效率之間的關(guān)系Tab.5 Relationship of thermal resister of heat sink and converter failure rate

從表5可以看出，Rha越大，變流器的失效率就越大。由于風(fēng)電變流器的處理功率比較大，使其功率損耗也比較大，于是散熱器熱阻的微小變化對器件結(jié)溫、殼溫的影響會(huì)比較大，以致對變流器失效率的影響也較大。若散熱條件設(shè)計(jì)不當(dāng)，使得變流器中器件的工作溫度過高，會(huì)嚴(yán)重降低其可靠性；而若器件溫度較低，雖然可以大大降低其失效率，但是需要的散熱條件及成本也將大大提升。因此，合理地設(shè)計(jì)散熱條件，對于提高變流器的可靠性乃至優(yōu)化散熱成本至關(guān)重要。

3 提高可靠性措施的初步討論

由式（1）、式（2）可知，變流器的可靠性主要由器件的Tj、ΔTj及ΔTc決定，而且溫度波動(dòng)的影響更大。由于功率因數(shù)對變流器可靠性的影響相對比較小，且通常希望變流器以較大的功率因數(shù)運(yùn)行以減小無功消耗，因此可以考慮采用變頻或變散熱條件的控制方式來降低器件的溫度波動(dòng)，以此來提高變流器的可靠性。

控制的主要思想是在低風(fēng)速時(shí)，增大開關(guān)頻率或降低散熱條件，當(dāng)風(fēng)速由低風(fēng)速變?yōu)楦唢L(fēng)速或由高風(fēng)速變?yōu)榈惋L(fēng)速時(shí)，使得風(fēng)電變流器中器件的工作溫度波動(dòng)盡量平滑，從而達(dá)到提高變流器可靠性的目的。

借鑒風(fēng)機(jī)屬性參數(shù)的設(shè)置需要考慮風(fēng)速的概況[23]，開關(guān)頻率或散熱條件的改變需要考慮風(fēng)速的概率分布，以減小切換的頻率。Dublin的風(fēng)速 3～16m/s的概率分布如圖9所示。圖9中每一個(gè)柱狀表示風(fēng)速1m/s內(nèi)的范圍。由圖9可以看出，當(dāng)風(fēng)速大于5m/s時(shí)，風(fēng)速的概率分布隨著風(fēng)速的增大而減小，這個(gè)是由于風(fēng)速通常集中在低風(fēng)速，而高風(fēng)速的較少。因此，若根據(jù)風(fēng)速的大小設(shè)置切換點(diǎn)，切換開關(guān)頻率或散熱條件以減小器件的溫度波動(dòng)，那么控制方式的切換設(shè)置于越高的風(fēng)速，如本文風(fēng)速大于5m/s時(shí)，則切換頻率的概率就會(huì)越低。

圖9 風(fēng)速3～16m/s的概率分布Fig.9 Distribution of probability of wind speed among 3～16m/s

3.1 改變開關(guān)頻率的可行性

當(dāng)切換點(diǎn)設(shè)置于8m/s時(shí)，開關(guān)頻率控制為

利用圖5中的流程步驟可以統(tǒng)計(jì)出當(dāng)開關(guān)頻率采用不同值（開關(guān)頻率分別為3kHz、3kHz與4kHz之間切換、3kHz至5kHz之間切換）時(shí)，網(wǎng)側(cè)變流器中器件平均結(jié)溫Tm、結(jié)溫變化大小ΔTj與溫度循環(huán)次數(shù)的關(guān)系如圖10所示。限于篇幅，機(jī)側(cè)變流器中三者之間的關(guān)系以及殼溫的變化趨勢本文未給出。

圖10 網(wǎng)側(cè)變流器中器件的Tm及ΔTj與溫度循環(huán)次數(shù)之間的關(guān)系Fig.10TmandΔTjversus the number of temperature cycles of component in grid side converter

由圖10a與圖10b的對比可以看出，采用變頻的方式，較大的結(jié)溫波動(dòng)次數(shù)有所減少，反之結(jié)溫波動(dòng)較小的次數(shù)有所增加，而且對應(yīng)的平均結(jié)溫也有所增加，這是由于變頻使得大的結(jié)溫波動(dòng)變小，低風(fēng)速采用高開關(guān)頻率使得平均結(jié)溫上升，又平均結(jié)溫對變流器可靠性的影響比溫度波動(dòng)的要小，因此可降低變流器的失效率。

由圖10b與圖10c的對比可以看出，若低風(fēng)速采用的開關(guān)頻率過高，器件開關(guān)損耗增大，導(dǎo)致平均結(jié)溫變大的同時(shí)，原來在低風(fēng)速之間變化而產(chǎn)生較小的結(jié)溫波動(dòng)也會(huì)變得較大，于是又會(huì)使得變流器的失效率開始增大。

當(dāng)切換點(diǎn)設(shè)置于 8m/s時(shí)，采用變頻與固定開關(guān)頻率的變流器失效率對比見表6。從表6可以看出，當(dāng)開關(guān)頻率在3～5kHz之內(nèi)切換時(shí)，即若風(fēng)速小于8m/s，開關(guān)頻率取較大值，若風(fēng)速超過8m/s，開關(guān)頻率取值3kHz時(shí)，與開關(guān)頻率為固定的3kHz相比，變流器的失效率有所下降，當(dāng)開關(guān)頻率采用 3～4kHz切換時(shí)，變流器失效率降低了 0.043 9，即降低了20.7%。

表6 變頻與固定開關(guān)頻率下的變流器失效率對比Tab.6 Comparison of converter failure rate under changeable and fixed switching frequency

因此，適當(dāng)?shù)夭捎米冾l的控制方式，可有效提高變流器的可靠性，而且據(jù)風(fēng)速的分布概率，合理選擇開關(guān)頻率的切換點(diǎn)，也可盡可能減小切換頻率以降低對系統(tǒng)的影響。本節(jié)的分析結(jié)論表明了通過改變開關(guān)頻率來提高可靠性的可行性，但具體的優(yōu)化策略還需深入的研究和分析。

3.2 改變散熱條件的可行性

同樣，改變散熱條件，即改變散熱熱阻，也要考慮風(fēng)速的概率分布。當(dāng)切換點(diǎn)設(shè)置于8m/s時(shí)，采用變散熱熱阻與固定散熱熱阻的變流器失效率對比見表7。

表7 變熱阻與固定散熱熱阻下的變流器失效率對比Tab.7 Comparison of converter failure rate under changeable and fixed heat sink resistance

從表7可以看出，當(dāng)若風(fēng)速小于8m/s，散熱熱阻選擇較大的值，而風(fēng)速超過8m/s，散熱熱阻選擇較小的值（4.2℃/kW）時(shí)，與散熱熱阻固定為4.2℃/kW相比，變流器的失效率有所下降，最大可降低0.038 7，即降低了18.2%。因此，采用變散熱條件的控制方式，同樣也可有效提高變流器的可靠性。散熱熱阻改變的可行性取決于其變化的快慢，如果要求太快則難于實(shí)現(xiàn)，文獻(xiàn)[26]針對汽車變流器，研究表明變散熱條件可實(shí)現(xiàn)對變流器可靠性的控制，汽車變流器溫度波動(dòng)速率與風(fēng)電變流器中器件溫度波動(dòng)的時(shí)間數(shù)量級(jí)接近（數(shù)分鐘之內(nèi)），因此，變散熱條件的控制方式同樣適用于風(fēng)電變流器。同樣，如何優(yōu)化控制散熱條件還需更深入的研究。

4 結(jié)論

分別根據(jù)器件溫度幅值及其波動(dòng)對變流器可靠性的影響機(jī)理，綜合考慮鋁鍵合線失效與焊料層失效，給出了風(fēng)電變流器功率器件的可靠性評估模型。結(jié)合實(shí)際的風(fēng)速及氣溫?cái)?shù)據(jù)，分析論證了風(fēng)電變流器的系統(tǒng)參數(shù)——功率因數(shù)、開關(guān)頻率及散熱器熱阻的變化對變流器可靠性的影響。結(jié)果表明，開關(guān)頻率與散熱熱阻對變流器可靠性的影響比較大。根據(jù)分析結(jié)果，本文初步探討了通過改變開關(guān)頻率以及散熱條件方式來提高可靠性的可行性。分析結(jié)果表明，在低風(fēng)速時(shí)增大開關(guān)頻率或降低散熱條件，以降低大的溫度幅值變化，可達(dá)到提高變流器可靠性的目的。同時(shí)，在設(shè)置變頻或變散熱條件的切換位置時(shí)考慮了風(fēng)速的分布概況以減小切換次數(shù)，從而降低控制方式的切換對系統(tǒng)的影響。對于開關(guān)頻率和散熱條件的優(yōu)化選擇和控制將是下一步的研究重點(diǎn)。

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