風力發(fā)電是現(xiàn)階段較為成熟的新能源發(fā)電，目前主流的風力發(fā)電有雙饋、直驅兩種技術路線。雙饋風機系統(tǒng)以其成熟性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性在風力發(fā)電系統(tǒng)中占據(jù)著主流地位。在實際運行過程中，由隨機風速和運行工況改變而引起的交變熱應力，使得風電變流器可靠性逐漸降低，這對風電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行造成了較大影響。

因此，發(fā)展變流器狀態(tài)監(jiān)測和可靠性評估技術，對于制定和優(yōu)化變流器健康管理、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意義。

近期，輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術國家重點實驗室（重慶大學）的研究人員黃濤、陳民鈾等，提出了計及疲勞累積及健康狀態(tài)的風電變流器可靠性評估模型。實驗結果表明：開關頻率和環(huán)境溫度對變流器可靠性影響較大，風電變流器故障率隨著功率器件的老化顯著升高。有關研究成果發(fā)表于2018年《電工技術學報》第20期，論文題目為“計及疲勞累積及健康狀態(tài)的風電變流器可靠性評估模型”。

在變流器故障統(tǒng)計中，由功率器件失效引起的故障占31%以上。近年來，研究學者對功率模塊的兩種主要失效模式進行了實驗分析，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，運用解析模型對IGBT模塊進行了壽命預測，不同模型的擬合精度和復雜程度也有所不同；在實際載荷分析中，采用線性疲勞累積模型對器件可靠性進行評估，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器件老化的作用。

現(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或采用Miner線性疲勞累積模型，而忽略了變流器實際運行過程中小載荷作用以及健康狀態(tài)對模塊剩余壽命的影響。

由于風速的隨機性和波動性，風電變流器常處于低熱載荷作用下，輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術國家重點實驗室（重慶大學）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測模型，并設計了功率循環(huán)試驗以驗證模型準確性。其后，根據(jù)實際風速仿真模擬變流器結溫波動曲線，運用壽命模型對1.5MW雙饋變流器故障率展開計算。

同時，考慮驅動、控制系統(tǒng)、無源器件等變流器其他子系統(tǒng)，采用功率器件在線監(jiān)測與變流器可靠性評估相結合的方法，提出了計及疲勞累積及健康狀態(tài)的風電變流器可靠性評估模型，綜合分析了不同老化程度下運行參數(shù)對雙饋風電變流器可靠性的影響，并提出相應的可靠性措施：

1）傳統(tǒng)的疲勞累積模型與實際模塊壽命存在一定的差異，原因是其未考慮實際運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，預測結果也更加準確。

2）機側變流器工作頻率即雙饋風機輸出頻率，其結溫波動較網(wǎng)側變流器更為劇烈，較大的結溫波動使得機側變流器的故障率較高，而網(wǎng)側變流器故障率則一直保持在較低的水平。

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

4）處于區(qū)域風力等級大的風電場，變流器會經(jīng)常處于大載荷作用狀態(tài)，此時可適當?shù)亟档湍K的開關頻率，并同時提高散熱能力。在保證電能質(zhì)量達標的情況下，應盡量減少器件的開關頻率，以此來提高變流器可靠性。

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