大功率并網風電機組變流器狀態監測技術綜述

李 輝 劉盛權 冉 立 李 洋 胡姚剛 楊 東

（輸配電裝備及系統安全與新技術國家重點實驗室（重慶大學） 重慶 400044）

大功率并網風電機組變流器狀態監測技術綜述

李 輝 劉盛權 冉 立 李 洋 胡姚剛 楊 東

（輸配電裝備及系統安全與新技術國家重點實驗室（重慶大學） 重慶 400044）

風力發電系統在未來能源系統中占有重要地位，其安全可靠運行對于風電健康發展至關重要?，F有的大功率并網風電機組中，幾乎全部采用電力電子變流器，且其應用將覆蓋更多的領域。由于風電機組復雜的運行環境和特殊的運行工況，其變流器的可靠性問題正成為業界關注的焦點。本文綜述了風力發電應用中功率器件的老化失效機理，闡明了低頻運行工況及風速隨機波動對風電機組機側變流器功率循環能力的影響，對比討論了提高風電變流器可靠性和可用率的狀態監測方法，并分析了其可能的發展趨勢。

風力發電 變流器 可靠性 老化失效 狀態監測

0 引言

近年來，隨著陸上風電機組的迅猛發展及海上風電的大量裝機，風電將逐步成為繼火電、水電之后的第三大常規能源。大功率并網風電機組（簡稱“風電機組”）變流器是風力發電中能量轉換的重要環節，然而風電機組長時間、頻繁和大范圍的隨機出力變化，導致其電能轉換單元持續承受劇烈的熱應力沖擊，是風電機組故障率最高的部件之一[1-4]，其高運維成本問題日益凸顯，已引起 Vestas、Siemens等國際風電知名企業的廣泛關注。特別是5MW、6MW 等大功率風電機組相繼運行，其變流器運行可靠性問題可能更為突出。發展變流器狀態監測技術，對于制定和優化變流器檢修計劃、降低風電機組變流器故障率、提高風電機組的運行可靠性都具有十分重要的學術意義和工程價值[1]。

為了提高電力電子功率模塊的設計可靠性，現有研究主要從改變模塊設計以及老化測試等方面采取了相關措施，如改變模塊的封裝結構、振動沖擊和功率循環等[5]。雖然以狀態監測為基礎的故障診斷與狀態檢修技術已經廣泛應用于各類電氣設備（如旋轉電機、電力變壓器等），但是國內外關于風電變流器狀態監測技術研究才剛剛起步[1,4,5]。如國外學者從器件失效機理及運行可靠性出發，提出了多種不同的變流器狀態監測方法。文獻[6-8]建立了基于集總參數法的變流器功率模塊結溫計算模型。文獻[9,10]對比分析了IGBT模塊的多種失效模式和失效機理，并研究了功率器件集射極飽和壓降與集電極電流、器件結溫之間的關系，利用電參數的溫敏特性實現對變流器功率模塊的狀態監測。文獻[11-13] 中M. Musallam等利用材料力學中的疲勞累積損傷理論和相關統計學知識對器件老化進程及剩余壽命進行了研究。文獻[14]研究了近海大功率風能轉換系統中具有潛在價值的連接永磁直驅同步發電機的兩電平變流器，指出機側變流器在低頻運行時其疲勞壽命將會大大降低。此外，文獻[15,16]還表明由電力電子器件失效導致的陸上風機平均停運時間相對較短，每次故障大約1天時間，而海上風機由于風場選址的特殊性，其變流器的運行維護依賴于當地環境狀況，即使是微小的變流器失效問題，其導致的停機時間影響也將不可忽略。雖然上述文獻都從不同的角度提及了風電變流器的可靠性評估方法以及運維現狀，但是考慮到風電機組不同運行工況對變流器可靠性影響的機理分析及其狀態監測方法比較還不夠深入，并且目前風電變流器狀態監測方法綜述類文章較少。因此，為了全面掌握大功率風電機組變流器狀態監測發展現狀，有必要對大功率并網風電機組變流器的失效機理、影響規律及狀態監測方法進行綜述。

在當前風力發電迅猛發展的大背景下，針對風力發電面臨的變流器可靠性困境，本文全面綜述了變流器功率器件失效形式及機理，并且針對風電運行特點，重點分析全功率和部分功率風電變流器特殊運行工況對其運行可靠性的影響；同時基于不同狀態特征量的對比分析，進一步探討風電變流器狀態監測方法及其發展趨勢。

1 變流器功率器件的老化失效機理

1.1老化失效形式及機理

在風電機組的背靠背變流器拓撲結構中，不論是陸上風機或者海上風機，雙饋風電機組還是永磁直驅風電機組，由于其機側變流器都可能長期運行于較低的頻率，此時器件結溫波動較為顯著，嚴重影響著其功率模塊的功率循環能力，給風電機組的可靠運行帶來了不可忽視的安全隱患。

圖1為目前廣泛應用于風力發電變流器的塑封型功率模塊剖面圖，從圖中可以看到其由多種不同熱膨脹系數（Coefficient of Thermal Expansion，CTE）的材料組成。在熱循環過程中，由于熱膨脹系數CTE的不匹配必將導致其疲勞應力增加，從而引起其焊層破裂和焊料層空洞，進而影響到各材料層之間的電氣連接，使得沿熱傳導路徑的熱阻增加。在整個壽命周期，功率半導體器件的結溫水平呈遞增趨勢，最終導致器件老化失效。

圖1　風電變流器模塊的功率器件結構及材料屬性Fig.1 Power device structure and material characteristics of wind power converter module

變流器IGBT模塊的失效機理主要包括鋁鍵合線脫落、焊層疲勞、鍵合線根部斷裂和鋁金屬化的重構。其中，金屬化的重構現象可由功率模塊功率循環后觀察到，由于鋁與硅芯片熱膨脹系數的差異，經過反復的溫度循環沖擊，它們之間的熱機械應力會使得鋁金屬化而形成顆粒狀的粗糙接觸面，減小了金屬有效接觸面積，從而導致其電阻增大[17]。鋁鍵合線脫落會削弱功率模塊的導電性能，焊層疲勞會引起導熱性能的下降[10, 13, 18]。另外，鋁鍵根部斷裂現象通常也可在經過長時間功率循環測試的IGBT模塊中觀察到。導致該失效的主要原因是在焊接過程中，由于超聲波振動導致鋁鍵合引線根部產生裂縫[4]，且與鋁鍵合引線脫落相比，其斷裂過程更慢。采用新一代的壓接式封裝技術可避免或者減少使用鋁鍵合線和焊層，有研究表明，IGBT模塊的壓接式封裝結構至少可以減小一個數量級的疲勞壽命損傷，其封裝結構如圖2所示[19]。在當前，這種封裝技術可以顯著提高風力發電變流器的可靠性，盡管成本較高，但正在風電機組中得到推廣應用。

圖2　壓接式IGBT封裝結構[19]Fig.2 Pressing package structure of IGBT[19]

此外，該技術也可以把金屬基板直接壓在半導體芯片上，這種結構無需連接傳統的散熱器，并可以同時傳導熱能和電能。與塑封 IGBT相比，采用壓接式 IGBT模塊不僅可以通過兩側散熱提高功率密度，而且去除了鍵合引線及焊層連接的結構方式，因此消除了鍵合引線脫落、斷裂或焊料層疲勞的失效模式，器件的可靠性顯著提高。然而，這種新的封裝形式也帶來了和其結構相關的新的失效形式。壓接式 IGBT的每個柵極通過裝有彈簧的引線連接，彈簧在功率循環的過程中受到反復的壓縮/膨脹而產生疲勞，引起彈簧應力損傷，經過一定的循環次數，最終也會老化失效，影響風力發電變流器的運行可靠性。

除熱應力外，當器件在超過額定電壓或電流工作時，有可能產生過電應力而造成器件損壞[10]。在過電應力作用下，器件局部將會過熱，在該熱點溫度達到材料熔點時，材料開始熔化并導致開路或短路故障，從而損毀器件。過電應力可分為過電壓應力和過電流應力，過電壓包括柵極過電壓、集電極-發射極過電壓及雜散電感過電壓等，過電流包含擎住效應及短路現象等。

1.2疲勞壽命評估方法分析

針對風電變流器可靠性低、維護成本高的嚴峻現實，如何評估其功率模塊的剩余壽命是進行狀態檢修和運行維護的關鍵[20]。目前已有一些研究提出了用以描述功率模塊老化進程的壽命模型，如LESIT項目利用不同制造商的IGBT模塊，通過功率循環實驗，發現器件的失效主要與結溫平均值Tm及其波動幅值ΔTj有關，如圖 3所示[21]。圖中線段為其擬合曲線，隨著ΔTj或Tm的增大，器件可進行的功率循環次數較少，而且ΔTj對器件壽命的影響比Tm更為顯著。

圖3　失效壽命周期數Nf與Tm及ΔTj的關系Fig.3 Relationship between the number of failure cycles Nfand the Tmand ΔTj

基于器件失效機理，電力電子功率器件典型的Coffin-Manson失效壽命模型[19]為

式中，Nf(Tm,ΔTj)表示在 Tm及 ΔTj下器件可進行的功率循環總次數；A、α為與器件相關的常數；Q為激活能量常數；R為玻耳茲曼常數。

目前功率器件疲勞壽命評估方法通常采用Miner線性疲勞損傷理論，其熱循環的相對總損傷為

式中，Ri為在應力水平i下循環了Ni次所產生的疲勞損傷；Nfi為在應力水平i下器件直到疲勞失效所經歷的總循環次數。當D =1時，表明此時損傷已達到極限，器件完全失效。雖然該公式形式簡單，應用較為廣泛，然而，該Miner理論并沒有考慮不同載荷水平作用順序對其疲勞壽命的影響，也沒有考慮環境溫度、開關頻率和焊層疲勞老化對壽命的影響，因此其疲勞壽命評估的準確性還有待深入研究。實際上，功率器件老化失效更接近于非線性疲勞損傷進程，宜采用非線性疲勞累積法得到其疲勞損傷進程和不同壽命時期關系譜圖[12]，如圖4所示。

圖4中S1、S2、S3分別代表不同應力水平下的疲勞損傷進程曲線。

2 風電特殊運行工況對變流器可靠性影響

2.1機側變流器低頻運行對可靠性的影響

由于風電機組長時間、頻繁和大范圍的隨機出力等特殊運行工況，變流器在風電并網運行中的可靠性變得較為脆弱。圖5所示為部分功率及全功率風電機組的結構示意圖。

圖4　線性和非線性疲勞損傷對比Fig.4 Comparison of damage accumulation for the linear and nonlinear rule

圖5　風電機組變流器典型連接結構示意圖Fig.5 Schematic of typical structure of power converter for wind turbine system

為了分析不同運行工況對風電機組變流器功率模塊運行可靠性的影響，近年來已有較多文獻從功率模塊電熱耦合模型，結溫估算以及不同變流器功率模塊結溫隨風電機組不同運行點變化規律等方面開展研究[8,14,17,22]。圖6給出了雙饋風電機組的機側和網側變流器在同步轉速點附近的結溫仿真曲線[22]。

圖6　同步轉速點雙饋風電變流器功率模塊結溫仿真曲線Fig.6 Curves of simulated junction temperatures of power modules for DFIG converter in a synchronous speed point

由圖 6可得，在同步轉速點，網側變流器中IGBT及二極管的結溫幾乎無波動，而機側IGBT和二極管的結溫波動明顯，其波動幅值約為10～20℃，這將導致機側變流器失效率高于網側變流器。究其原因，雖然機側變流器和網側變流器在同一時刻轉換的電功率是相同的，但是當機組運行在同步轉速點時，機側變流器運行在一個較低的頻率，變流器處理的實際功率幾乎為零。根據定、轉子電流磁動勢平衡，轉子電流并不為零，因此功率損耗也不為零，且功率模塊的熱容對于平滑結溫波動幾乎沒有貢獻，導致機側變流器進入深度熱循環。因此機側變流器的結溫波動要比網側更為劇烈，其可靠性也隨之明顯降低。

為了進一步驗證說明低頻運行時變流器承受的熱應力差異，圖7給出了賽米控公司關于某型（SKIIP 2013 GB172）功率模塊不同工作頻率下的結溫測試曲線。

圖7　賽米控功率模塊結溫測試曲線Fig.7 Test results of junction temperature of IGBT modules for Semikron company

從圖7可知，當變流器運行頻率較低時，其功率器件結溫波動明顯大于工頻運行情況，這和圖 6的仿真趨勢是一致的。

對于直驅風電機組變流器而言，由于風力機葉尖速比有一定限制，其發電機轉動角速度較小，使得全功率變流器的機側變流器也運行在較低的頻率下[23]。同時，從半導體器件的角度來看，其機側功率模塊的續流二極管承受了更大的負載電流，加之低頻運行特性，使得續流二極管將產生更高的結溫。圖8所示為永磁直驅風電機組機側、網側變流器功率模塊的結溫變化曲線[23]。

此外，文獻[24]的研究表明，全功率變流器功率器件在整個變流器壽命周期內可能需要承受 5× 109次波動幅值為 20℃的結溫熱循環，然而，包括風速隨機波動在內的諸多因素可能進一步影響其功率循環能力。因此，不論是永磁直驅風電機組還是雙饋風電機組的機側變流器，由于長期處于較低輸出頻率下運行，其功率器件結溫變化顯著。特別是雙饋風電機組運行在同步轉速點時，其機側變流器輸出頻率幾乎為零，機側變流器結溫波動更為劇烈。

2.2風速隨機波動對變流器運行可靠性的影響

除了風電機組運行點對風電變流器結溫變化影響外，風速隨機波動也會影響風電變流器的運行可靠性。圖9為恒定風速和湍流強度為15%時11m/s風速下的雙饋風電機組機側變流器 IGBT結溫分布仿真情況。

從圖 9b可知，11m/s恒定風速下機側變流器IGBT結溫的 Tm、ΔTj及波動頻率均恒定，分別為57.8℃、11.5℃及6Hz?；谟炅魉惴▽D9c所示的結溫數據進行統計可知，同樣大小風速，而湍流強度為15%時其IGBT結溫Tm最大值為60.5℃，最小值為55.3℃；ΔTj最大值為34.2℃，最小值為8.9℃；波動頻率最大值為12Hz，最小值為0.3Hz。由此可見，Tm、ΔTj及波動頻率隨風速隨機波動而變化，尤其是ΔTj及波動頻率變化較為劇烈，因此相比恒定風速的理想情況，在湍流風速下風電變流器功率模塊具有較大結溫波動，將影響其IGBT模塊的功率循環能力。表1列出了年平均風速為6m/s，湍流強度分別為12%、14%及16%的三種風況下雙饋風電機組機側變流器IGBT模塊的平均失效時間（Mean Time To Failure，MTTF）計算結果?？梢悦黠@看出，湍流強度會對機側變流器IGBT模塊的MTTF產生影響，且MTTF會隨湍流強度的增大而減小。

圖9　恒定/湍流風速及機側變流器IGBT結溫Fig.9 Constant/turbulence wind speed and IGBT junction temperature curves of generator-side power converter

表1　年風速的湍流強度不同時IGBT模塊的MTTFTab.1 MTTF of IGBT module for generator-side power converter at different turbulence intensity

綜合上述風電機組特殊工況對變流器運行可靠性影響的分析可知，由于機側變流器長期處于低輸出頻率工況運行，其結溫波動要比網側更為劇烈，且風電變流器功率模塊的平均失效時間還會隨風速波動增加而降低。因此，風電變流器的運行可靠性面臨著嚴峻的挑戰，特別是針對近海風電機組難以維護的實際問題，有必要提出風電變流器狀態監測方法的研究，提高其運行可靠性，這對于風力發電技術以及產業的健康發展至關重要。

3 風電變流器狀態監測方法分析

3.1變流器狀態監測概述

狀態監測是在不干擾系統正常運行的前提下，提取反映系統健康狀況信息的一個過程[17]。狀態監測技術已經在電機驅動、發電以及電能傳輸等系統或部件的健康狀況監測領域得到了廣泛應用。然而對于電力電子器件，特別是半導體功率器件，早期人們認為器件只有失效和運行兩種狀態，這種大多數工程師所認可的布爾式觀點阻礙了人們對電力電子器件完全失效前其老化機制的深層次理解，因此反映其健康程度的狀態監測技術一直停滯不前。目前很多工程師和設計師常常優先選擇壓接封裝技術以及含故障容錯與內置冗余等的可靠性改進方法，而把狀態監測作為一個備選項而忽略，這種做法不能實現系統的監控運行，也不具備早期檢測和故障預警的能力。而實際上，風電變流器狀態監測可通過對變流器裝置的運行狀態進行監測，進而判斷器件及裝置的健康水平，并對變流器功率模塊所呈現的器件健康狀況進行評估，為風機變流器的運行維護和狀態檢修提供依據，是監測和預防風電機組災難性故障的重要手段之一。

工程實用的狀態監測技術主要通過獲取表征當前系統健康狀態的特征信號，進而評估系統剩余壽命，以便在正常運行管理中提供有效的信息決策和優化檢修。電力電子器件老化通常伴隨著功率損耗的增加以及熱量的累積，如果此時仍然保持之前的運行狀態且老化進程未得到很好的抑制，那么其熱疲勞應力將逐步增大。實驗結果表明[17]，功率器件的內部熱阻增加20%可作為功率模塊基本失效的依據之一。此外，還可從開關邊沿、導通電壓等電氣特征量的改變來監測其隨老化程度的動態改變。其中，導通電壓表征了器件各層材料及層與層之間接口的物理特性；由于器件老化，內部熱阻增加后，其結溫的增加會導致關斷下降沿的變緩及功率損耗的增加。下面對變流器狀態監測特征量以及狀態監測流程進行分析。

3.2變流器狀態監測特征量

針對變流器較為微弱的特征量，現有文獻陸續提出了一些器件級的監測方法[25-28]。然而，在一些高開關頻率工況及復雜噪聲環境下，采用變流器功率模塊內部的傳感器仍然很難監測到這些微弱的特征量信號，因此，利用與器件級監測相同的傳感器來保護、控制和進行常規監測為主的部件級狀態監測方法也在不斷發展中[29-31]。

根據功率模塊中熱傳導特性的退化會導致其結溫發生相應變化的特點，圖10所示為IGBT模塊在不同基板溫度時的關斷瞬態特性[32]，從圖中可以看出，電壓下降到同一水平時，較高基板溫度的IGBT下降沿需要更長的時間，如45℃基板的IGBT相比于30℃基板的IGBT推遲了54ns。在整個關斷期間，不同基板溫度將導致下降沿推遲時間約為 1μs，因此，開關沿時間的延遲可反映在變流器功率模塊的交流輸出電壓中，并可通過控制信號來捕獲其特征參量。

圖10　開關沿與不同基板溫度關系[32]Fig.10 Dependence of switching edge on base plate temperature[32]

除電信號特征量之外，在運行過程中變流器功率模塊溫度監測值也可作為提取器件狀態的重要特征量。雖然目前直接在線測量功率器件的結溫仍然是不可行的，但是由于結溫影響功率模塊內部損耗，因此其表征運行狀態的溫度信號可從外部數據間接獲得[30]。此外，溫度監測量不僅依賴風機當前的運行工況，還和其歷史運行數據有關，而模塊熱阻的變化可以表征功率模塊的老化程度，圖11給出了風電變流器功率模塊內部熱阻監測模型的算法流程。

圖11　功率模塊內部熱阻監測流程Fig.11 Flow chart of monitoring internal thermal resistances for power module

圖 11中散熱器模型利用功率模塊外部的溫度測量值（如殼溫Tc和環境溫度Ta）來計算其功率損耗 Ptot隨溫度變化情況，通過電氣運行點參數，如電壓、電流及功率因數等計算動態功率損耗[33,34]，并通過電熱耦合模型計算出功率模塊的結溫Tj。根據功率模塊熱模型，結合額定熱阻 Rth0，可計算其內部熱阻的增加量ΔRth為

圖12所示為某功率模塊在不同運行點（不同輸出電流和殼溫）下ΔRth的計算結果[30]，結果表明提取功率模塊內部熱阻的變化是有可能的。因此，功率模塊的內部熱阻增加量ΔRth可用來作為變流器狀態監測的特征量。

圖12　內部熱阻增量的在線監測[30]Fig.12 On-line detection of increase of internal thermal resistance[30]

3.3風電變流器狀態監測方法

目前風電變流器IGBT模塊狀態監測通常采用數據驅動和基于物理模型的方法。其中，數據驅動包含基于器件端部特性和基于傳感器信號的狀態監測方法。

基于器件端部特性狀態監測技術的原理是由于IGBT的端部特性與其失效程度緊密相關，隨著功率循環次數的增加，因熱膨脹系數不匹配產生的熱應力將會導致引線、焊層疲勞老化，其表現在端部特性的變化即是 IGBT的通態壓降逐漸增大。文獻[35]在電熱加載實驗的基礎上，研究了IGBT功率循環前后其柵極閥電壓、跨導及通態壓降隨溫度變化的特性，實驗結果表明：柵極閥電壓、跨導和導通壓降這三個電參數可作為 IGBT模塊的狀態監測特征參量。然而，由于功率器件端部信號變化微弱以及易受到其他可能因素（如溫度變化）的影響，加之其不易于實現在線測量，因此，僅僅依賴于器件端部特性的 IGBT模塊狀態監測方法在實際應用中仍然存在一定的困難。

此外，針對引線脫落失效問題，文獻[36]采用傳感器信號的監測方法，如圖13所示，在發射極引線處引出S端用來接入電阻Rc等輔助測量電路進行狀態監測。

圖13　引線脫落的功率模塊等效測量電路Fig.13 Equivalent measurement circuit of bond wire lift-off for power module

從圖13中可以看出，當引線脫落后，S端和E端間的電阻值會發生變化。因此可以利用該特性對IGBT引線脫落失效進行監測。然而，盡管功率模塊內部直接增加傳感器可以方便地獲取更多的數據，但是由于風電變流器不斷變化的運行工況和溫度的大時間慣性，使得基于傳感器信號的狀態監測方法受到限制。

基于此，考慮所捕獲的特征量信號強度和部件老化程度之間的重要關聯，有必要基于模型預測方法，通過一種刻度進程方式來表征模塊失效前的剩余壽命，從而實現風電機組變流器更為準確的狀態監測。例如將變流器狀態監測和風機/風電場級SCADA系統有機結合起來，為風電變流器IGBT模塊狀態監測提供了一種新思路。此外，將依賴狀態監測特征量的模型方法和對特征數據趨勢進行評估的數據驅動方法結合起來，可以進一步提高功率模塊的健康狀況評估有效性，如圖14所示為結合風場SCADA系統的風電變流器狀態監測方法。

圖14　基于SCADA的風電變流器狀態監測方法Fig.14 Configuration of condition monitoring method of wind power converter based on SCADA

從圖14中可知，通過風電機組以及風電場狀態特征信號的實時測量，并將其輸入壽命模型中，同時結合風電機組變流器運行可靠性的趨勢分析，從而可更有效地為運行維護人員提供計劃檢修決策信息，同時也可為風電機組變流器熱管理提供理論依據。

4 結論

風力發電在未來能源結構中占有重要地位，其變流器狀態監測技術對于提高風電機組運行可靠性，降低運行成本具有重要作用。針對目前風電機組變流器運行可靠性低的問題，本文從功率器件老化失效機制、疲勞壽命評估方法、風電機組特殊運行工況對變流器運行可靠性影響以及變流器狀態監測方法等角度分析了風電變流器狀態監測技術發展。分析表明：

1）風電機組變流器運行可靠性受一次能源波動影響大，可靠性低。功率模塊結溫均值、波動幅值以及不同材料熱膨脹系數的不匹配是導致功率器件老化與失效的重要原因，建議采取基于非線性疲勞累積理論對其疲勞壽命進行評估。

2）無論是永磁直驅風電機組還是雙饋風電機組，因長期處于低輸出頻率下運行，其機側變流器的結溫波動要比網側更為劇烈，且風電變流器功率模塊的平均失效時間還會隨風速波動增加而降低。

3）風電機組運行工況對其變流器運行可靠性有重要影響，相比于數據驅動方法，基于失效機理分析并結合壽命模型和趨勢預測方法將是風電變流器狀態監測技術的發展趨勢，且有必要考慮其狀態特征量隨運行工況和老化程度變化的影響。

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Overview of Condition Monitoring Technologies of Power Converter for High Power Grid-Connected Wind Turbine Generator System

Li Hui Liu Shengquan Ran Li Li Yang Hu Yaogang Yang Dong
（State Key Laboratory of Power Transmission Equipment & System Safety and New Technology Chongqing University Chongqing 400044 China）

As a significant part of the future energy landscape, reliability of wind turbine is vital. Power electronic converters are widely used in high power wind turbines. The reliability of the wind power converters is becoming an issue deserved more attention, due to the complex environment and special operation of wind turbines. This paper presents a review of the aging-to-failure mechanisms of power electronic converters in the context of wind turbine application, as well as states the impacts of incessant thermal cycling associated with low frequency operation on the generator side and the random wind turbulence. Condition monitoring methods of wind power converters are analyzed for improving the reliability and availability of wind turbines. The development trends are also discussed.

Wind power, converter, reliability, aging to failure, condition monitoring

TM614；TM46

李 輝 男，1973年生，博士，教授，博士生導師，研究方向為風力發電技術、新型電機及其系統分析。

E-mail: cqulh@163.com（通信作者）

劉盛權 男，1989年生，碩士研究生，研究方向為風電機組變流器可靠性評估技術。

E-mail: 840611955@qq.com

國家自然科學基金（51377184），國際科技合作專項（2013DFG61520）和中央高校基本科研業務費專項基金（CDJZR12150074）資助項目。

2014-06-06 改稿日期 2014-10-27