风电变流器IGBT散热性能研究

风电变流器设计中,IGBT的散热设计非常关键,介绍了一种适用于风电变流器工程应用的IGBI损耗的理论计算方法,并建立了准确的数学模型。针对风电变流器应用环境的差异性以及不同类型散热器的固有热阻属性,通过flotherm仿真软件搭建普通散热器与热管散热器的仿真模型,仿真对比了不同散热器散热能力的差异。最后,通过实验验证了该设计方法的合理性和实用性,为风电变流器IGBT散热器与散热系统设计提供了重要的参考依据。     

东方风电变流器水冷系统简析

本文详细介绍了北欧某项目变流器水冷系统的重要参数的计算过程,包括空气散热器的芯体散热面积的计算、散热电动机选型、膨胀罐选型、冷却液选型、风机导风筒选型、芯体集水盒内的加热器选型。通过阐述风电变流器水冷系统的运行原理,为大功率风电变流器的水冷系统的设计提供了参考。     

并联型风电变流器故障重构控制

由于海上环境恶劣,维护可及性差,海上风电变流器一般采用变换器并联结构来提升容量和可靠性。常规控制策略下,任一台变换器故障时切除该变换器,当全部并联变换器均发生故障时,风电机组停机。该文提出一种多变换器并联的变流系统故障重构控制策略,当该系统发生故障时,利用变流系统的正常桥臂重新构建变流器,这种重构控制策略基于控制指令的改变,无需冗余硬件配置。通过重构控制,切除故障桥臂,保持正常桥臂继续工作,充分利用变流系统的正常桥臂,进一步提升海上风电变控制策略的有效性和可行性。     

风电全功率变流器参数对可靠性的影响分析

风速的随机变化使得风电变流器处理变化的功率,导致器件的温度产生波动,影响变流器的可靠运行。现有的基于一个工作状态下的风电变流器可靠性评估,无法反映负载随机变化造成器件温度波动对变流器可靠性的影响。功率器件失效的主要形式为铝键合线失效与焊料层疲劳,本文综合考虑这两种失效因素,给出了可靠性评估模型和评估方法,分析了开关频率、功率因数及散热热阻的变化对风电全功率变流器可靠性的影响,并以1MW永磁同步风力发电机为例结合实际的风速及气温数据进行了验证。实例结果表明,开关频率与散热热阻的变化对变流器可靠性的影响比较大。根据分析结论,讨论了针对风电变流器的实际工作环境,考虑风速的概率分布,对利用变频或变散热条件的控制措施以提高变流器可靠性的可行性。结果表明,可通过根据风速等工况来改变开关频率和散热条件来提高变流器的可靠性。     

基于负序电流补偿的并联风电变流器故障容错控制

海上风电运行环境恶劣,风电功率随机波动性大,导致功率器件极易发生故障.故障容错控制是提高风电并联变流器运行可靠性以及功率可用度的有效手段.并联风电变流器某相发生开路故障后,对并联风电变流器的故障运行机理进行了详细分析.在此基础上,提出一种基于负序电流补偿的并网风电变流器故障容错控制,利用非故障变流器模块对故障变流器模块进行负序电流补偿.当系统功率小于或等于0.5 p.u.时,在保证并网侧电流平衡的条件下实现变流器最大输出功率;当系统功率大于0.5 p.u.时,首先满足系统有功输出要求,然后对负序电流进行补偿.最后通过仿真验证了该控制理论的正确性与可行性.     

水电一体式电抗器在直驱型风机变流器中的应用

介绍直驱型风机变流器的原理及其电感电路的特点,结合大功率风电变流器的特点,提出风电变流器滤波电路采用水电一体式散热的电抗器设计方案。实践表明,风电变流器滤波电路采用水电一体式电抗器后,应用效果良好。     

1000 MW机组间接空气冷却塔的三维数值模拟

传统的经验公式和二维计算方法无法预测复杂环境下空气冷却塔的性能,因此利用计算流体动力学软件包ANSYS Fluent 13.0,建立1 000 MW机组散热器塔外布置的大型空气冷却塔三维数值计算模型,获得了塔内外空气动力场、压力场以及进出塔冷却水温度的差值。研究发现:随着环境风速的增大,空气冷却塔的散热性能不断下降,当环境风速超过6 m/s时,环境风对空气冷却塔散热的不利影响趋于平缓;增设导风板可减缓环境风速对空气冷却塔的不利影响,环境风速越大,导风板的改善效果越显著。     

基于超级电容蓄能的永磁同步海上风电低电压穿越研究

为避免电网电压跌落导致海上风电机组脱网运行,分析了直驱永磁同步海上风电系统的双PWM全功率变流器控制策略,提出了一种基于超级电容器蓄能的海上风电机组并网运行低电压穿越方案。在双向变流器的直流侧并联超级电容蓄能系统,利用超级电容来维持电网故障时的功率平衡,稳定直流侧母线电压。利用网侧变流器静止无功补偿运行模式控制无功电流输出,向电网提供无功功率支持。仿真结果表明了该方案在电网故障时,能有效抑制直流侧过电压,向电网提供无功功率,有利于电网故障恢复,提高了直驱永磁海上风电系统的低电压穿越能力。     

基于Fluent的LED路灯模组散热仿真设计

通过改善散热结构设计来降低LED结温已经成为LED路灯模组大规模应用的关键技术之一。考虑充分利用空气自然对流来提高散热效果,本文基于Fluent流体仿真方法研究了空气流动速率和流动方向对五种不同的LED路灯模组散热器散热效果的影响。研究结果表明:①在限定散热器质量和高度条件下,圆管型散热器具有较好的散热效果,这是由于它既具有较大的空气接触面积,又会在尾迹区形成漩涡状的紊流,这可以降低热边界层厚度,减小导热热阻,提高散热效率;②在考虑不同空气流动方向的情况下,空气流向与LED模组平面成45°夹角方向时散热器的散热效果最佳;③最后,模拟空气流动实验验证了本文提出的LED路灯模组散热仿真设计方法的可行性。     

海上风电柔性直流输电及变流器技术研究

简要回顾国内外海上风电场研究开发与建设状况,分析了海上风电场柔性直流输电应用技术、变流器技术特点、技术关键及应用,结合上海风力资源情况,提出了海上风电柔性直流输电大功率变流器设计开发技术关键,以及海上风电场电气输送与并网技术等。     

基于半控整流器的直流侧串联海上风电并网系统

根据对单相不控整流电路直流侧接电阻负载时特性的研究,该文提出了一种单相半控整流电路,其交流侧电流波形为正弦波,直流侧输出电压含直流分量和倍频分量,当构成三相半控整流电路时,输出电压中二倍频分量便相互抵消了,只剩下稳定且可调的直流分量。基于半控整流电路,文中提出一种海上风电汇集与并网系统,该系统采用变流器直流侧串联升压的方式获得直流高电压,用于风电汇集和传输,省去了笨重而昂贵的海上换流站,大大节约了建造和维护成本。仿真及分析结果显示,文中所提方法能够满足海上风电并网的需求,且稳态和故障时的性能优异。     

基于二极管整流器实现风电机组直流输出的方法

未来海上风电场有望采用大型直流风电机组进行组网以降低电缆成本和损耗。为此,提出一种以二极管整流器作为中压并网端口,且具备储能端口与取电端口的多端口风电变流器拓扑,用其实现海上大型风电机组的直流化,其中,储能与取电端口用于实现机组自启动。直流并网端口无LC滤波装置,当发生直流短路故障时,由于无须采用电容器,则避免了对短路点的放电电流冲击。针对该系统方案,结合变流器数学模型,给出了包括启动、发电和故障穿越的机组级控制策略。详细推导分析了变换器关键元件的边界运行条件,并提出其主电路参数优化设计方法。在PSCAD中构建8.0MW直流风电机组仿真模型,仿真结果表明:变流器的全工况运行参数基本满足边界运行条件,启动并网过程平稳且无明显冲击,变流器能在100 ms左右清除直流短路故障电流,保护功率元件,并实现故障穿越。最后,利用基于RT-LAB实时仿真器和F28335控制器的半实物仿真平台,进一步验证了变流器启动与运行控制策略的有效性。     

海上风电场组网与大容量变流器实现形式对比研究

随着陆基风电向海上平台转移,风电机组功率增大,海上风电场容量扩充,传输距离增加,使得原陆基风场成熟技术难以直接利用。针对这个问题,系统地总结了海上风电场的典型组网形式,就并联阵列模式下的3种风机类型进行了回顾,并介绍了2种提高功率密度的机型方案。而大容量变流器技术是海上风电的关键技术之一,就结构形式可以分为集成式结构和模块化结构,本文从可靠性、容错能力和成本等几个方面,对集成式风电变流器的4种拓扑结构开展了对比研究,同时对模块化变流器不同的级联或并联方案,也进行了相关对比研究,最后对比分析了几种适用于大容量风电变流器的功率器件。研究结果为海上大容量风电变流器的设计提供支持。     

开关柜凝露现象机理分析研究

开关柜内部产生凝露时,会使零部件腐蚀和电气设备绝缘性能下降,引发设备绝缘闪络等。针对上述现象,在人工环境气候室内搭建了开关柜凝露观测系统,记录了开关柜内不同温湿度条件下凝露形成时间。结果表明:凝露形成时间是由柜内温度和相对湿度共同决定的,柜内温度越高、相对湿度越大,凝露形成时间越短。文中分析了含湿量与温度和相对湿度的关系,得出含湿量随温度和相对湿度的升高而增大,从理论上解释了凝露形成时间与温湿度之间的关系,证明了试验结果的准确性。     

变电站高压开关柜防凝露技术方案

柜内空气凝露是变电站开关柜运行中出现闪络故障的主要诱因。基于凝露形成的机理分析,本文提出了采用电缆沟进线的高压开关柜内消除凝露的技术实施方案,通过使电缆沟与开关室内空气温湿度参数趋于均匀,有效避免了高压开关柜内凝露的产生。经工程实践检验,该技术方案切实可行。     

风机中参数变化对变流器直流侧电容可靠性的影响分析

以风电机组功率变流器可靠性评估为背景,给出了一种直流侧电容的可靠性评估方法。基于电容的损耗计算方法,结合热网络结构,构建了直流侧电容的可靠性分析流程。综合考虑电容的可靠性影响因素,分析了环境温度、风速、电容等效串联电阻及热阻的变化对直流侧电容可靠性的影响。以某风电场2 MW双馈风电机组结合实际风速、气温数据为例进行验证,实例结果验证了理论分析的正确性。讨论了当风电变流器实际工作时,利用优化变流器直流侧设计或电容的散热环境等措施提高直流侧电容的可靠性,结果表明了所提方案的可行性。     

2MW风电变桨伺服驱动器IGBT损耗计算及散热系统设计

提出了一种比较准确且实用的计算IGBT模块通态损耗和开关损耗的可行方法,在计算出IGBT模块损耗后,利用热阻等效电路法推导得出了IGBT模块及散热器各点温度的计算公式,并给出了散热器热阻的经验计算公式。在此基础上设计了一款2 MW风电变桨伺服驱动器的散热系统,建立了实验电路,并测量了散热器的实际工作温度,与计算结果进行对比,从而证明了设计的合理性。     

中低压混合型风电变流器

海上风电变流器功率日趋增大,随着功率等级的提升,在采用低压并联拓扑的风电系统中,塔筒内扭缆问题日益严重,因此提出一种能够提高发电机-变流器组出口电压的新型风电变流器。该变流器机侧采用两电平变流器级联,网侧采用三电平变流器,构成一种中低压混合型风电变流器。中低压混合拓扑依旧可以使用低压发电机,而网侧变流器电压等级的提高减少了所需电缆的数量,有效解决了塔筒内扭缆问题。针对中低压混合型风电变流器,首先进行了理论建模,进而提出了混合拓扑的控制策略,最后在RT-LAB平台上验证了该控制策略的有效性,表明新型变流器具有良好的稳态与暂态性能。     

大容量海上风电机组发展现状及关键技术

随着陆上和近海风电资源紧缺,海上风电场选址从近海走向深远海,规模已达吉瓦级,海上风电机组也向10 MW级以上发展.针对大容量海上风电机组,首先阐述了国内外海上风电机组容量、类型及变流器等关键技术的发展现状.其次,对大容量三相和多相化海上风电机组及其遇到的问题和关键技术进行分析,给出了未来多相化海上风电机组的拓扑结构设计和控制策略优化方法.最后,对大容量海上风电机组发展趋势进行了总结.     

低地板轻轨车牵引变流器通风散热设计

采用强迫风冷的变流器必须进行通风散热设计,选用通风机需要考虑的因素为其风量和风压,风量取决于变流器功率损耗,风压与箱体风道设计有关,根据风量确定风机后.风压决定风机的实际工作点;选用散热器的依据为散热器热阻,热阻值取决于通风条件和变流器功耗.对轻轨车牵引变流器功率损耗进行了计算,分析了功率损耗与所需风量以及散热器热阻之间的关系,并通过专业软件fluent,对箱体风道进行CFD仿真和设计,进而结合相关国家标准选择了合适的通风机和散热器.实验结果表明,风道设计以及通风机和散热器的选择合理,符合要求.