在國家大力推動新能源發(fā)展的浪潮下,我國風電場建設(shè)規(guī)模越來越大,風電機組的可靠性問題受到廣泛關(guān)注。作為風電機組的核心裝置,變流器受隨機風速產(chǎn)生的老化應(yīng)力影響,其可靠性隨運行時間逐漸降低。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)50%以上的變流器故障是由功率模塊和電容器失效引起的,而變流器的組成器件都屬于串聯(lián)運行,任意器件失效都會引發(fā)變流器整體失效,因此在進行風電變流器可靠性評估時應(yīng)重點考慮功率器件和電容器等核心部件的健康狀態(tài)。通過監(jiān)測變流器核心部件不同運行時間后的健康狀態(tài),研究評估不同老化程度的變流器整體可靠性水平,對于優(yōu)化指導(dǎo)風電變流器的檢修維護有著重要作用�，F(xiàn)有的風電變流器可靠性評估模型,大都只考慮大載荷作用下的功率模塊累積損傷,卻忽略了無源器件、交變小載荷作用以及不同健康狀態(tài)對變流器可靠性的影響。本文綜合考慮以上因素,結(jié)合壽命預(yù)測解析模型和電力電子器件可靠性評估手冊,建立了一種反映變流器整體的可靠性評估模型。首先,分析了變流器核心部件失效的主要原因及其失效演化過程,通過器件結(jié)溫、殼溫、飽和壓降、功率損耗、紋波電流等在線監(jiān)測數(shù)據(jù)與器件特征量的關(guān)系,確定各器件的健康狀態(tài)。之后,建立計及疲勞累積的功率模塊、電容器的壽命預(yù)測模型,該模型能表征交變小載荷作用下器件特征量參數(shù)變化。最后,結(jié)合可靠性評估手冊,建立反映變流器整體可靠性水平的評估模型。并根據(jù)實際風速產(chǎn)生的熱載荷,對不同健康狀態(tài)下的風電變流器可靠性進行評估。本文的主要內(nèi)容包括:(1)建立考慮健康狀態(tài)和小載荷作用的功率模塊可靠性評估模型。從模塊焊料層失效角度出發(fā),探尋不同運行工況和健康狀態(tài)下,IGBT模塊失效過程中熱阻的變化過程。建立了能表征小載荷作用下功率模塊物理失效演化過程的分段式疲勞累積模型,并通過試驗驗證了該模型的準確性。同時基于功率模塊電熱損耗關(guān)系和瞬態(tài)熱阻曲線,建立功率模塊電熱耦合模型。在隨機設(shè)置的熱載荷作用下,對不同健康狀態(tài)下小載荷對功率模塊可靠性的影響進行了詳細分析。(2)建立考慮健康狀態(tài)和非線性損傷的電容器可靠性評估模型。對電容器主要失效方式和失效機理進行分析,確定其主要影響因素。同時建立鋁電解電容器有限元模型,模擬電容器熱失效過程。通過對電容器熱老化失效過程中等效串聯(lián)電阻ESR的變化分析,提出了一種能反映電容器熱失效過程的非線性壽命預(yù)測模型。最后基于變流器直流環(huán)節(jié)中的電容器電熱損耗關(guān)系及其穩(wěn)態(tài)熱阻曲線,建立電容器電熱耦合模型。在隨機設(shè)置的電容器核溫曲線下,對不同健康狀態(tài)下的電容器進行可靠性評估。(3)建立一種基于核心部件狀態(tài)監(jiān)測的變流器整體可靠性評估模型。在MATLAB/Simulink環(huán)境下建立1.5MW雙饋風電變流器模型,通過提取變流器的導(dǎo)通電流、風機轉(zhuǎn)速、輸出功率等在線運行參數(shù),獲取功率模塊和電容器的熱載荷信息,結(jié)合提出的壽命預(yù)測模型和可靠性評估手冊對變流器故障率展開計算。分析了不同風速輸入下,機、網(wǎng)兩側(cè)變流器的運行特性及其故障率分布。最后,在變流器運行老化一段時間后,定量化對比分析了不同健康狀態(tài)和運行參數(shù)對變流器可靠性的影響。
【學位單位】：重慶大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TM46
【部分圖文】：

提出“能源革命”的戰(zhàn)略思想，計劃在未來幾十業(yè)，改變我國傳統(tǒng)的以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)，大我國能源改革初見成效。從習近平主席在十九大產(chǎn)開始朝多樣性發(fā)展，不再拘泥于傳統(tǒng)化石燃料能源得到迅猛發(fā)展。在黨的號召和新政策的鼓勵大改變，新能源電力開始逐漸被工業(yè)和居民接納。計局電力數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果，2016 年我國發(fā)電裝機容 8.2%。其中并網(wǎng)風電容量達 14864 萬 kW，占比 9舊是繼火電和水電之后的第三大電源。另外根據(jù)《2016 中國風電裝機容量統(tǒng)計分析報告》，2016 年16873 萬 kW，同比增長 16.1%，如圖 1.1。其中 1.5機型，占據(jù)總裝機容量的 50.4%。在 2016 年新增風電機組占據(jù) 60.9%。隨著電力行業(yè)的迅猛發(fā)展和機組必然朝著大功率方向進行發(fā)展。

器的使用壽命，加之頻繁的啟動、制動、振動使得變流器可靠使風電機組不能正常工作，整個風電系統(tǒng)也因此將受到影響。，特別是海上風機，維修難度大、費用高，因此對于大功率、備可靠性要求更為嚴格。界曾對變流器元件故障概率做過調(diào)研，如圖 1.2 所示。在變流器果中，失效率最高的是功率器件，占到 31%；其次是電容，占器件失效將引發(fā)變流器整體失效，而變流器失效又將引發(fā)整個單一器件失效引發(fā)的連鎖反應(yīng)問題不可忽略。因此發(fā)展以功率的變流器核心部件狀態(tài)監(jiān)測和可靠性評估技術(shù)，對于預(yù)防風電優(yōu)化檢修計劃、提高風電機組的運行可靠性都具有十分重要的流的風力發(fā)電有雙饋、直驅(qū)兩種技術(shù)路線，但由于前者的成熟性，使得帶齒輪箱的雙饋風電技術(shù)占據(jù)著市場的大部分份額，的一段時間內(nèi)繼續(xù)占據(jù)著市場主流地位[4]。因而本文采用雙饋風為研究對象。

1 緒 論 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.1 變流器健康狀態(tài)監(jiān)測雙饋風機一般采用變速恒頻控制策略，其定子繞組直接接入工頻電經(jīng)背靠背（PWM）交直交四象限雙向變流器與電網(wǎng)連接。通過調(diào)節(jié)電流的頻率、幅值、相位，可實現(xiàn)風機變速下的恒頻輸出，圖 1.3 為器結(jié)構(gòu)，主要有主電路柜、并網(wǎng)柜和控制柜。
【參考文獻】

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本文編號：2849098