IGBT加速老化实验研究

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)功率模块作为电力电子设备的关键器件被广泛应用,其工作寿命与可靠性将影响到整个装置或系统的正常运行,对于IGBT可靠性研究具有重要意义。IGBT加速老化实验是研究IGBT可靠性问题的重要方法,其在不改变产品故障机制的前提下,提高实验应力,加速产品的故障进程,能有效缩短实验时间,节约成本。分析了IGBT的失效机理,依据IEC标准,设计了IGBT直流功率循环加速老化实验,自行设计搭建了IGBT加速老化实验系统,能够完成器件的老化以及监测老化前后器件参数的变化。研究成果为IGBT模块的可靠性研究以及健康状态评估提供了重要依据。     

电压源逆变器中器件结温与输出频率的关系

针对电力电子变换器中绝缘栅双极晶体管（IGBT）功率器件的结温及其幅值变化直接影响器件热失效进程的问题,通过结合热模型及损耗模型实现了器件结温的在线实时估算,给出了器件结温与功耗及输出频率之间的定量关系,在MATLAB/Simulink中建立了电流峰值控制的单相电压源逆变器模型,仿真结果验证了器件结温变化与输出频率之间的定性关系。结果表明,输出频率越低,器件结温变化越大,依据结温与输出频率之间的数学关系,采用简单的指数拟合关系式代替其复杂的指数表达式,更便于工程实际应用。     

风速记录差异对评估风电变流器可靠性的影响

风速的随机变化使得风电变流器中器件的结温产生波动,影响变流器的可靠运行。现有文献依据每小时的风速记录来评估风电变流器的可靠性,忽略了每小时内风速的频繁变化对变流器可靠性的影响,这会高估风电变流器的可靠性。根据实际的风速及气温数据,分析了不同风速记录时间刻度对风电变流器中器件结温及其波动计算结果的影响;利用Coffin-Manson器件可靠性评估模型评估了在不同时间刻度下的可靠性。评估结果表明,在不同风速记录间隔下,风电变流器的可靠性并不一致。研究结果表明,当风速及气温数据的记录时间间隔在2~3 min之间,风电变流器可靠性的评估结果较为准确;若记录时间间隔较长(如大于10 min),将会高估变流器的可靠性。     

功率变流器的可靠性研究现状及展望

可再生能源并网发电技术的迅速发展,对功率变流装置的可靠性提出了更高要求。工业界的调查表明,可再生能源发电系统的故障很大一部分原因可归咎于变流装置的故障,而功率器件的失效是主要诱因。研究功率器件可靠性是提高变流器可靠性的基础,对延长设备的使用寿命具有重要意义。围绕功率变流器的可靠性问题,从变流器的工作特点出发分析了导致其可靠性不高的主要原因。首先阐述了功率器件在工作中的主要失效机理;为防止损坏设备的故障发生,需要实时监测变流器的健康状态及评估装置的可靠性,文章总结了功率器件的状态监测方法及寿命预测技术;为提高变流器的运行可靠性,提出了变流器状态控制的概念,对各种状态控制方法进行了分类介绍,并分析总结了现有状态监测方法、寿命预测模型及状态控制方法的优缺点,最后根据这些优缺点对功率变流器可靠性研究进行了展望。     

基于器件的结温变化评估风机中参数差异对网侧变流器可靠性的影响

风电变流器的可靠运行是风能转换系统中的重要关注对象。然而现有文献评估器件结温对变流器可靠性的影响时,却没有重视结温波动的影响,以致往往高估了风电变流器的可靠性。该文基于永磁同步风力发电机工作的恶劣环境,分别从切入运行风速、额定风速、切除停机风速、开关频率及功率因数的变化,造成变流器中器件结温幅值及其波动差别的角度出发,利用Coffin-Manson器件可靠性评估模型,评估网侧变流器可靠性的差异。以1 MW风机结合实际风速数据为例进行分析论证,结果验证了理论分析的正确性。统计数据结果表明,额定风速及开关频率的变化对变流器可靠性的影响比较大。为了实现变流器的高可靠运行,风机宜在低风速切入运行,尽可能高的风速切除停机。