風電變流器IGBT模塊損耗及結溫的計算與分析

秦星， 薛宏濤， 朱祚恒， 李輝， 林波， 楊波

(1.國網四川省供電公司達州供電公司，四川 達州 635000；2.重慶大學 輸配電裝備及系統安全與新技術國家重點實驗室，重慶 400044)

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風電變流器IGBT模塊損耗及結溫的計算與分析

秦星1， 薛宏濤1， 朱祚恒1， 李輝2， 林波1， 楊波1

(1.國網四川省供電公司達州供電公司，四川 達州 635000；2.重慶大學 輸配電裝備及系統安全與新技術國家重點實驗室，重慶 400044)

針對雙饋風電變流器IGBT模塊在交變熱應力的長期作用下導致故障頻發的問題，提出其損耗與結溫的準確計算模型及不同工況下兩者變化規律的研究。首先，建立了機側及網側變流器在整流或逆變模式下IGBT模塊損耗及結溫的計算模型；其次，對機組在不同運行工況下，其損耗和穩態結溫進行分析。結果表明，隨風速的增大，機側與網側變流器IGBT模塊的損耗變化規律不同；機側變流器IGBT模塊的結溫波動劇烈，尤其是在同步風速附近區域。

雙饋風電機組；變流器；IGBT模塊；損耗；結溫

0 引 言

雙饋風電變流器是影響大功率風電機組及入網安全穩定運行的重要環節[1-2]。由于風能固有的間歇式特征，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，使變流裝置在風電并網運行中的可靠性變得極其脆弱，其在風電機組部件中的故障率非常高[3-4]，而變流器中超過50%的故障是由于IGBT模塊失效造成的[5]。

IGBT模塊老化失效的根源，主要是IGBT模塊內部溫度的波動及不同材料熱膨脹系數的不匹配，產生交變熱應力，導致變流器老化和失效。……