雙饋風(fēng)電變流器功率模塊IGBT結(jié)溫波動抑制策略研究.pdf

1、變流器作為風(fēng)電機(jī)組電能回饋至電網(wǎng)的關(guān)鍵控制通道，其可靠運(yùn)行對并網(wǎng)風(fēng)電機(jī)組的電能質(zhì)量與安全穩(wěn)定性至關(guān)重要。功率模塊電力電子器件結(jié)溫是影響變流器運(yùn)行可靠性的重要指標(biāo)之一。雙饋風(fēng)電機(jī)組機(jī)側(cè)變流器由于長時間運(yùn)行在較低工作頻率，較大的結(jié)溫及結(jié)溫波動使其疲勞壽命大幅降低。為了進(jìn)一步提高現(xiàn)有風(fēng)電變流器可靠性水平，論文針對雙饋風(fēng)電變流器功率模塊絕緣柵雙極型晶體管（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT）結(jié)溫波動抑制

2、問題，開展了IGBT模塊電熱耦合聯(lián)合建模及結(jié)溫變化規(guī)律的分析，并提出其結(jié)溫及結(jié)溫波動抑制策略。
　　本文主要內(nèi)容包括：
　　①針對有限元建模難以考慮控制策略對風(fēng)電變流器IGBT結(jié)溫的影響，建立考慮變流器電熱耦合特性的雙饋風(fēng)電機(jī)組聯(lián)合仿真模型。首先，基于IGBT模塊等效熱網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、電熱耦合理論及多維插值方法，建立三相變流器結(jié)溫計算模型，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；其次，基于雙饋風(fēng)電機(jī)組機(jī)側(cè)及網(wǎng)側(cè)變流器控制策略，建立了雙饋風(fēng)電機(jī)組及其控制系

3、統(tǒng)仿真模型。最后，利用PLECS/Simulink聯(lián)合仿真平臺，建立雙饋風(fēng)電變流器結(jié)溫分析模型，對不同運(yùn)行工況下變流器的電熱性能進(jìn)行分析。
　　②針對不同調(diào)制策略會影響IGBT損耗，進(jìn)而影響其結(jié)溫變化的問題，提出一種組合分段調(diào)制的結(jié)溫抑制策略。首先，對不同不連續(xù)空間矢量調(diào)制（Discontinuous Space Vector Pulse Width Modulation，DSVPWM）策略所對應(yīng)的變流器最優(yōu)損耗功率因數(shù)角進(jìn)行分析

4、；然后，基于雙饋發(fā)電機(jī)機(jī)側(cè)變流器功率因數(shù)角變化范圍，提出組合分段DSVPWM策略。最后，對組合調(diào)制下風(fēng)電變流器電熱性能、諧波性能進(jìn)行比較和驗(yàn)證。
　　③針對雙饋風(fēng)電機(jī)組機(jī)側(cè)變流器在同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)附近 IGBT結(jié)溫大幅波動問題，提出一種基于機(jī)組轉(zhuǎn)速控制的IGBT結(jié)溫波動抑制策略。首先，基于最大功率跟蹤曲線，提出通過控制機(jī)組轉(zhuǎn)速減少低頻運(yùn)行時間的結(jié)溫波動抑制思路，并建立了包含轉(zhuǎn)速、功率控制的機(jī)側(cè)變流器結(jié)溫波動抑制策略。然后，對不同運(yùn)行工況