[发明专利]一种风力发电系统中机侧IGBT模块的寿命延长方法

说明书

本发明属于电力电子技术领域，公开了一种风力发电系统中机侧IGBT模块的寿命延长方法，该方法将最低环境温度设定为机侧IGBT模块的结温下限，根据预先设定的结温波动控制目标计算出结温上限，并将结温上限与不同风速下机侧IGBT模块的最高结温进行对比，从而找到需要采取热管理措施的风速区间。统计该风速区间内的风速个数，将其设为预设结温波动控制目标下热管理使用的次数。选取热管理效率最大的结温波动作为机侧IGBT模块热管理的控制目标。与以往方法相比，该方法不仅优化了机侧IGBT模块结温波动控制目标的选择，而且大大提升了热管理的经济效益。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体为一种风力发电系统中机侧IGBT模块的寿命延长方法。

背景技术

已有的工业界调查结果表明，IGBT模块是风电系统最易发生失效的组件，特别是机侧IGBT模块。由于机侧变流器工作频率较低，因此结温波动幅值往往较大，导致机侧IGBT模块可靠性相较网侧IGBT模块可靠性更低。因此，降低机侧IGBT模块的寿命消耗对于提升系统的可靠性具有重要意义。

相关加速寿命测试表明，IGBT模块预期使用热循环次数随着结温波动的升高而降低，因此采用热管理方法降低结温波动可以提高IGBT模块可靠性。然而热管理方法往往带有两面性，以变开关频率方法为例。变开关频率虽可降低结温波动，但是不可避免地会降低变流器效率，增加谐波畸变率。此外，选择越低的结温波动作为控制目标虽可使得寿命消耗降低的越多，但是会导致风电变流器电气性能下降的越多。因此，如何优化热管理的经济效益，选择出机侧IGBT模块最优的结温波动控制目标是一个亟需解决的难题。

发明内容

为了解决上述背景提出的技术问题，本发明提出了一种风力发电系统中机侧IGBT模块的寿命延长方法。该方法采用热管理效率这一指标来指导结温波动控制目标的选择，从而优化热管理的经济效益。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案为：

一种风力发电系统中机侧IGBT模块的寿命延长方法，包括以下步骤：

结合近段时间的风速和气温得到风电变流器机侧IGBT模块的结温任务剖面，找到结温波动的最大值，并将其设为热管理控制目标的上限；

将最低环境温度设定为机侧IGBT模块的结温下限，根据预先设定的结温波动控制目标计算出结温上限，并将结温上限与不同风速下机侧IGBT模块的最高结温进行对比，从而找到需要采取热管理措施的风速区间；

统计该风速区间内的风速个数，将其设为预设结温波动控制目标下热管理使用的次数；

计算不同结温波动控制目标下机侧IGBT模块减少的寿命消耗和热管理使用次数之间的比值，并将其定义为热管理效率；

选取热管理效率最大的结温波动作为机侧IGBT模块热管理的控制目标。

进一步的，根据一整年的风速和气温数据，结合结温数值迭代算法，计算得到机侧IGBT模块一整年的结温任务剖面，并基于雨流算法提取出结温波动，找出最大的结温波动作为结温波动控制目标的上限。

进一步的，将最低环境温度T_amin设定为风力发电系统的结温下限，结合预先设定的结温波动控制目标ΔT_j,tgt计算出运行结温上限T_j,usl，公式如下所示：

T_j,usl＝ΔT_j,tgt+T_amin (1)。

进一步的，将运行结温上限与不同风速下机侧IGBT模块的最高结温T_jmax(v)进行对比，当满足以下不等式时，即找到ΔT_j,tgt所对应的阈值风速v_th：