风电变流器IGBT模块的多时间尺度寿命评估

刘中

摘 要：功率变流器是风机系统最核心的组件之一，具有非常高的可靠性风机系统功率波动影响，风电变流器的可靠性评估中需要切实考虑到长时间的剖面影响问题。要根据器件的可靠性评估方法提高温度计算精确性，及时有效地评估好功率器的寿命。在对于组件可靠性和失效机理的评估分析中，要对于风电变流器任务剖面进行尺度划分，提出合理功率模块尺度寿命方法评估管理，优化针对风电变流器的发电系统的管理。充分利用器件结温数值计算，实现风速和气温数据快速计算，根据器件的寿命提高评估方法管理，优化针对功率气温的模块数据分析，保障模块的寿命不会受到影响，同时保障风电变流器的功率寿命并就此提出新的思路和措施。

关键词：风电变流器 IGBT 模块 寿命 评估

中图分类号：TM46 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2018）02（a）-0038-02

随着风力发电机的迅速发展，风机的容量不断增大，对于电网的影响也随之增大，风力发电系统需要不断提高可靠性保障，根据系统故障率保障统计结果。功率变流器一般是风力发电系统的核心组件，是最主要实践应用型组件。变流器的系统具有一定可靠性，在变流器的故障处理时候要提高功率器件的绝缘晶体管装置，及时有效评估风电变流器的模块可靠性，从而不断延长对于风电变流器的措施，降低变流器的故障问题，做好及时维护维修工作。

1 风电变流器IGBT模块概述

IGBT模块一般如果失效会在很大程度上受到工作过程热循环冲击影响，IGBT模块的各个层面材料的热膨胀数量一般会存在一定差异性，承受不同程度热应力，长期累积会导致器件热疲劳问题出现。IGBT模块失效中主要包括键合线脱落和焊料层老化问题，根据失效机理就会导致寿命模型损伤问题出现，需要提高针对直驱风机系统的双风机转子的侧变流器的寿命模型利用。根据评价结果研究分析可以看出，风速波动变流器的复杂性会在长时间的任务剖面对于器件的可靠性造成一定影响。风电变流器中的IGBT模块热循环和风速存在一定关系，风速长时间会随机变化出现损耗问题，导致器件温度波动，从而影响到器件寿命，需要切实考虑到器件寿命评估结果，保障风电变流器的长时间任务和寿命消耗问题，同时提高针对计算方法的合理管理，保证器件的热循环效果。通过针对功率器的温度数值方法研究，需要及时考虑风电变流器的时间和任务剖面的寿命评估方法，根据器件寿命提高消耗分布管理，提高针对IGBT模块寿命分析。针对两种器件之间存在的差异性，要保障风电变流器的可靠性，提高功率的风机系统消耗管理，保障器件的寿命消耗合理性，优化好风速和气温数据研究。

2 风电变流器中的IGBT模块可靠性评估分析

（1）根据可靠性手册的器件可靠性评估方法研究，在电子组件的故障率上要随着时间变化分析，提高浴盆曲线描述，保障浴盆曲线的组件每个阶段合理性运行，减少早期失效期、稳定失效期和损耗失效期的管理。其中早期失效期主要指的就是设计、材料、制造和安装过程中的缺陷问题，要保证故障率及时减少，提高工作时间和工作速度。稳定失效期主要指的就是稳定失效期比较长，损耗失效期主要指的就是组件工作时间比较长，会存在一定的磨损和不可控问题出现。

（2）基于失效机理器件的可靠性评估方法分析中，IGBT模块具有多个层面剖面，IGBT模块主要是由多层材料封装形成，每层材料的热膨胀系数都存在一定差异性，需要根据不同材料承受的热应力不同，提高长期累积到导致器件疲劳失效问题处理。IGBT模块中存在多种失效形式，要减少键合线脱落和焊料层老化问题处理，针对IGBT模块失效形式要提高器件寿命模块管理。

（3）在风电变流器的长时间尺度任务剖面中要提高针对IGBT模块的可靠性评估管理，比如对于直驱风机系统结构模式，要保障直驱风机系统良好的结构管理，提高变流器的系统采用的两电平背靠背的结构，提高发电机侧的变流器和电网侧的变流器构建管理，优化风机系统参数分析，在相同条件下保障网侧变流器的可靠性，优化机侧和变流器的两个并联组模块的功率合理化水平。

3 风电变流器中的IGBT模块结构数值计算分析

（1）在IGBT模块结构温数值计算方法中，要充分体现风电变流器的IGBT模块的长时间尺度结温数据，合理评估好IGBT模块寿命消耗，保障功率的IGBT模块内部多个芯片有机地结合，同时提高针对特热网络模型处理，及时考虑到IGBT模块中芯片和并联等效热源管理。风电变流器的IGBT模块的时间尺度任务剖面一般都比较长，风电变流器中功率器件的寿命消耗和风度会随着波动变化而变化，需要提高针对风速随机变化的风机输出功率器件损耗变化认识，针对导致的器件波动问题，要提高IGBT模块寿命管理，及时有效评估好风电变流器的IGBT模块损耗问题，减少风电变流器长时间任务剖面的影响。提高风速波动周期器件的热时间常数分析，不能忽视风机系统的瞬间的器件结温影响问题，提高风机系统工况一系列稳定状态优化，保障风电变流器的公路器件合理分布，将整个器件长时间任务剖面进行合理低频波动和波动分析，保证低频结温波动的风速随机波动，根据结温和变流器的工作状态，提高波动周期管理。

（2）通常情况下IGBT模块只有一個开关，周期内部会存在一个开关动作，IGBT模块同样的开关频率中需要保证温度波动合理性，在一般频率温度波动中要提高开关频率波动认识，有时候非常小的温度波动也导致温度寿命受到影响，提高在IGBT模块寿命评估中不能忽略结温开关频率波动问题。针对低结温波动，波动周期一般都比较短，要有效保障基频结温循环次数合理化，提高温度波动的器件寿命消耗呈程度合理性，减少评估中结温波动消耗，器件寿命提高。根据功率器件消耗分布管理，提高针对性的器件可靠性改善，降低器件寿命消耗问题出现。

（3）IGBT模块评估的可靠性中要充分提高模块温度数值计算方法验证，保证IGBT模块电热的在线仿真软件处理，提高结温评估的结果实验检测结构分析，保障高精度，在电热仿真结温数据中，要不断提高验证功率器件温度计算方法的准确性。充分利用结温数值计算方法做好评估管理工作，保障结温数值精确计算模式，提高数值计算时间和计算方法合理化水平。通常情况下功率变流器是风机系统中最核心组件，可靠性会对风机系统波动影响，从而会直接影响到风电变流器的可靠性评估，也会导致长时间任务剖面影响问题出现，需要不断提高器件可靠性评估管理模式，优化针对结温计算方法处理，准确快速实现评估器件寿命保障，优化针对风电变流器的器件高效处理。

4 结语

综上所述，在对风电变流器的IGBT模块的可靠性评估中，要充分做好组件可靠性和失效机理的评估方法差异性分析，根据变流器剖面的时间尺度划分，要保障IGBT模块的多个时间尺度方法研究。在IGBT模块尺度评估中要不断提高机侧和网络寿命消耗，通过研究分析针对基频和低频的结温波动和导致器件寿命消耗问题及时处理，从而很好地提高公路器件寿命和研究思路管理，保障风电变流器运行的可靠性，提高多尺度剖面IGBT模块寿命消耗合理分布特点管理，从而实现对于剖面器件寿命的合理消耗处理，及时改善器件寿命，提高功率器件的措施研究新思路。

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