風(fēng)力發(fā)電變流器IGBT器件應(yīng)力特性及主動(dòng)熱調(diào)控方法

目錄
第1章 緒論 1
1.1 風(fēng)力發(fā)電發(fā)展概況 1
1.2 風(fēng)電變流器發(fā)展及面臨挑戰(zhàn) 2
1.3 IGBT器件應(yīng)力特性及熱管理研究現(xiàn)狀 4
1.3.1 IGBT應(yīng)力分析研究現(xiàn)狀 4
1.3.2 風(fēng)電變流器功率器件封裝失效狀態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估現(xiàn)狀 7
1.3.3 風(fēng)電變流器功率器件熱疲勞壽命預(yù)測(cè)現(xiàn)狀 9
1.3.4 風(fēng)電變流器IGBT器件熱調(diào)控方法研究現(xiàn)狀 10
第2章 雙饋風(fēng)電變流器IGBT器件多芯片熱源耦合建模及應(yīng)力特性分析 13
2.1 風(fēng)電變流器IGBT器件有限元建模及熱耦合分析 13
2.1.1 風(fēng)電變流器IGBT器件結(jié)構(gòu) 13
2.1.2 風(fēng)電變流器IGBT器件有限元建模 14
2.1.3 風(fēng)電變流器IGBT器件熱耦合分析 17
2.2 考慮多芯片熱源耦合的改進(jìn)熱網(wǎng)絡(luò)模型及結(jié)溫計(jì)算 18
2.2.1 IGBT器件常規(guī)熱網(wǎng)絡(luò)模型 18
2.2.2 考慮多芯片熱源耦合的改進(jìn)熱網(wǎng)絡(luò)模型 19
2.2.3 耦合熱阻抗參數(shù)提取及特性分析 20
2.2.4 多芯片熱源耦合的改進(jìn)熱網(wǎng)絡(luò)模型驗(yàn)證 22
2.3 雙饋風(fēng)電機(jī)組建模及運(yùn)行特性 23
2.3.1 雙饋風(fēng)電機(jī)組的工作原理 23
2.3.2 風(fēng)力機(jī)控制特性 24
2.3.3 雙饋風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行特性分析 25
2.4 雙饋風(fēng)電變流器IGBT器件應(yīng)力計(jì)算與特性分析 27
2.4.1 機(jī)側(cè)及網(wǎng)側(cè)變流器IGBT器件的損耗計(jì)算方法 27
2.4.2 雙饋風(fēng)電變流器IGBT器件改進(jìn)結(jié)溫計(jì)算模型 29
2.4.3 機(jī)側(cè)及網(wǎng)側(cè)變流器IGBT器件結(jié)溫及熱耦合分析 29
2.4.4 不同運(yùn)行工況下雙饋?zhàn)兞髌鱅GBT器件的損耗及耦合結(jié)溫分析 31
2.4.5 實(shí)際風(fēng)電機(jī)組變流器殼溫驗(yàn)證 32
2.5 本章小結(jié) 33
第3章 雙饋風(fēng)電變流器IGBT器件動(dòng)態(tài)均流及應(yīng)力特性分析 34
3.1 風(fēng)電變流器IGBT功率器件封裝結(jié)構(gòu)及其工作原理 34
3.1.1 風(fēng)電變流器IGBT功率器件封裝結(jié)構(gòu) 34
3.1.2 IGBT工作原理 35
3.2 封裝雜散電感對(duì)IGBT動(dòng)態(tài)特性的影響 36
3.2.1 考慮封裝雜散參數(shù)的IGBT功率器件模型 36
3.2.2 IGBT功率器件動(dòng)態(tài)特性 36
3.2.3 封裝雜散電感對(duì)器件內(nèi)各芯片并聯(lián)均流的影響 39
3.3 計(jì)及雜散電感的功率器件等效電路建模及驗(yàn)證 41
3.3.1 功率器件有限元建模及雜散參數(shù)提取 41
3.3.2 等效電路建模及仿真 43
3.3.3 芯片間不均流特性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 45
3.4 計(jì)及動(dòng)態(tài)電流分布的影響 47
3.4.1 損耗計(jì)算原理 47
3.4.2 考慮并聯(lián)芯片間動(dòng)態(tài)電流分布的開(kāi)關(guān)損耗計(jì)算方法 48
3.4.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 50
3.5 雙饋風(fēng)電變流器IGBT器件動(dòng)態(tài)應(yīng)力分析 52
3.5.1 多芯片耦合熱網(wǎng)絡(luò)模型 52
3.5.2 考慮雜散參數(shù)影響的雙饋風(fēng)電變流器IGBT器件動(dòng)態(tài)結(jié)溫分析 54
3.5.3 雙饋風(fēng)電變流器IGBT器件應(yīng)力實(shí)驗(yàn)測(cè)試 57
3.6 本章小結(jié) 59
第4章 風(fēng)電變流器IGBT器件疲勞老化失效狀態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估 61
4.1 基板焊層脫落下IGBT器件熱分析 61
4.2 基于殼溫差的IGBT器件基板焊層狀態(tài)評(píng)估方法 65
4.2.1 IGBT器件基板焊層狀態(tài)評(píng)估模型 65
4.2.2 IGBT器件基板焊層狀態(tài)評(píng)估步驟 66
4.3 IGBT器件基板焊層脫落狀態(tài)監(jiān)測(cè)與評(píng)估 67
4.3.1 基板焊層脫落模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)簡(jiǎn)介 67
4.3.2 有限元模型有效性驗(yàn)證 68
4.3.3 基板焊層狀態(tài)評(píng)估方法有效性驗(yàn)證 70
4.4 風(fēng)電變流器IGBT器件鍵合線失效下電熱特性仿真分析 73
4.4.1 IGBT器件鍵合線失效分析 73
4.4.2 鍵合線無(wú)脫落時(shí)IGBT器件電熱特性分析 73
4.4.3 鍵合線脫落時(shí)IGBT器件電熱特性分析 75
4.4.4 SVPWM控制下IGBT器件導(dǎo)通電壓 80
4.5 風(fēng)電變流器IGBT器件可用芯片數(shù)目評(píng)估方法 81
4.5.1 IGBT器件可用芯片數(shù)目評(píng)估模型 81
4.5.2 IGBT器件可用芯片數(shù)目評(píng)估流程 82
4.6 IGBT器件鍵合線失效下可用芯片數(shù)目評(píng)估實(shí)驗(yàn)分析 83
4.6.1 IGBT器件輸出特性 83
4.6.2 鍵合線失效下可用芯片數(shù)目評(píng)估實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 84
4.6.3 IGBT器件可用芯片數(shù)目計(jì)算的有效性驗(yàn)證 85
4.7 本章小結(jié) 88
第5章 基于多尺度應(yīng)力累積的風(fēng)電變流器IGBT器件壽命預(yù)測(cè) 89
5.1 壽命預(yù)測(cè)模型 90
5.1.1 科芬-曼森模型 90
5.1.2 線性疲勞累積損傷模型 90
5.1.3 非線性疲勞累積損傷模型 91
5.1.4 分段式非線性疲勞累積損傷模型 91
5.2 雨流計(jì)數(shù)法 92
5.3 計(jì)及小熱載荷的IGBT器件壽命預(yù)測(cè)分析 94
5.3.1 隨機(jī)載荷算例分析 94
5.3.2 基于實(shí)際風(fēng)速載荷變流器算例分析 100
5.4 計(jì)及電網(wǎng)電壓故障穿越累積效應(yīng)的IGBT器件壽命評(píng)估 107
5.4.1 風(fēng)電變流器IGBT功率器件多時(shí)間尺度劃分 107
5.4.2 計(jì)及電網(wǎng)故障穿越累積效應(yīng)的功率器件多時(shí)間尺度壽命評(píng)估模型 108
5.4.3 計(jì)及電網(wǎng)電壓故障穿越累積效應(yīng)的雙饋風(fēng)電變流器IGBT功率器件壽命評(píng)估 113
5.5 本章小結(jié) 119
第6章 基于組合調(diào)制策略的雙饋風(fēng)電變流器IGBT器件結(jié)溫抑制策略 121
6.1 基于DSVPWM策略的變流器結(jié)溫抑制原理 121
6.1.1 不同DSVPWM策略 121
6.1.2 基于DSVPWM策略的變流器結(jié)溫抑制思路 122
6.1.3 不同調(diào)制策略下的結(jié)溫實(shí)驗(yàn)比較 122
6.2 組合分段DSVPWM策略對(duì)變流器結(jié)溫及調(diào)制性能的影響 124
6.2.1 機(jī)側(cè)變流器負(fù)載功率因數(shù)角分析 124
6.2.2 基于組合分段DSVPWM調(diào)制策略的機(jī)側(cè)變流器IGBT結(jié)溫抑制 127
6.2.3 機(jī)組有功出力變化下組合分段DSVPWM策略的結(jié)溫抑制效果 128
6.2.4 機(jī)組無(wú)功出力變化下組合分段DSVPWM策略的結(jié)溫抑制效果 130
6.3 不同空間矢量調(diào)制策略的諧波性能比較 132
6.4 本章小結(jié) 133
第7章 基于轉(zhuǎn)速優(yōu)化的雙饋風(fēng)電機(jī)側(cè)變流器IGBT器件結(jié)溫波動(dòng)抑制策略 135
7.1 雙饋風(fēng)電機(jī)側(cè)變流器同步轉(zhuǎn)速附近結(jié)溫抑制策略 135
7.1.1 機(jī)側(cè)變流器IGBT器件結(jié)溫波動(dòng)抑制原理 135
7.1.2 機(jī)側(cè)變流器IGBT器件結(jié)溫波動(dòng)抑制流程 136
7.2 機(jī)側(cè)變流器IGBT器件結(jié)溫波動(dòng)抑制效果比較 138
7.2.1 同步轉(zhuǎn)速附近區(qū)域動(dòng)態(tài)結(jié)溫仿真 138
7.2.2 全風(fēng)速范圍下穩(wěn)態(tài)結(jié)溫波動(dòng)分析 140
7.2.3 等效實(shí)驗(yàn)分析 141
7.3 不同控制策略下的機(jī)組效率分析 142
7.3.1 穩(wěn)態(tài)風(fēng)速下定子出力分析 142
7.3.2 改進(jìn)控制策略下的機(jī)組效率分析 143
7.4 本章小結(jié) 145
第8章 兼顧變流器IGBT器件熱應(yīng)力調(diào)控的風(fēng)電場(chǎng)分布式無(wú)功-電壓協(xié)調(diào)控制策略 146
8.1 基于電壓靈敏度與K-均值聚類(lèi)的風(fēng)電場(chǎng)分群 146
8.2 海上風(fēng)電場(chǎng)無(wú)功-電壓協(xié)調(diào)控制模型 149
8.2.1 無(wú)功控制對(duì)系統(tǒng)關(guān)鍵參量的影響分析 149
8.2.2 考慮多參量的無(wú)功-電壓協(xié)調(diào)控制模型 150
8.3 基于多智能體DDPG的無(wú)功-電壓協(xié)調(diào)控制模型映射 151
8.3.1 多智能體馬爾可夫決策過(guò)程 151
8.3.2 多智能體深度確定性策略梯度算法 152
8.4 算例分析 154
8.4.1 無(wú)功-電壓協(xié)調(diào)控制策略模型訓(xùn)練結(jié)果 154
8.4.2 無(wú)功-電壓協(xié)調(diào)控制策略效果分析 155
8.5 本章小結(jié) 160
參考文獻(xiàn) 162
附錄 168
附錄A 三相變流器參數(shù) 168
附錄B 2MW雙饋風(fēng)電機(jī)組的主要仿真參數(shù) 169
附錄C 風(fēng)電變流器IGBT器件主要參數(shù) 169