【技术实现步骤摘要】
计及疲劳损伤的多尺度风电IGBT可靠性评估方法及系统
本专利技术属于电力电子设备核心器件可靠性领域，更具体地，涉及一种计及疲劳损伤的多时间尺度风电IGBT可靠性评估方法及系统。
技术介绍
风电变流器是风能转换系统中的核心设备，而长时间、高频率和高强度的工况对其产生了大量的热应力冲击，变流器是风能转换系统中最易损坏的部件之一。绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT)以其开关速度快、驱动电路较为简单、耐压性好及电流容量大等优势在风电变流器中得以广泛应用，风电变流器的故障在很大程度上由IGBT的失效导致。开展风电变流器IGBT的可靠性评估可以保障风力发电系统安全可靠运行，并降低风电场运行维护成本。由于风速的随机性和波动性，IGBT上承受了大量波动的热应力循环，增加了评估IGBT可靠性的难度。现阶段，国内外针对风电变流器IGBT模块的可靠性评估主要基于可靠性评估手册和结温数据两方面开展研究。利用可靠性评估手册对风电变流器IGBT进行评估时，往往仅能考虑单一工况，且不符合在线...
【技术保护点】
1.一种计及疲劳损伤的多时间尺度风电IGBT可靠性评估方法，其特征在于，包括：/n(1)对可靠性评估时间尺度进行划分，利用多时间尺度来综合提取功率器件的寿命信息；/n(2)针对风电变流器拓扑和IGBT型号，建立IGBT模块的电热耦合模型用以获得结温数据，并结合IGBT疲劳损伤理论，建立IGBT在不同老化状态下的稳态结温数据库；/n(3)在短期时间尺度剖面下，基于SCADA监测数据，全面考虑环境温度及风速的影响，通过所述电热耦合模型实时输出结温数据，并计算实时热应力循环次数；/n(4)在长期时间尺度剖面下，依托风机SCADA监测数据建立风速的威布尔概率分布模型，获得风速概率分...
【技术特征摘要】
1.一种计及疲劳损伤的多时间尺度风电IGBT可靠性评估方法，其特征在于，包括：
(1)对可靠性评估时间尺度进行划分，利用多时间尺度来综合提取功率器件的寿命信息；
(2)针对风电变流器拓扑和IGBT型号，建立IGBT模块的电热耦合模型用以获得结温数据，并结合IGBT疲劳损伤理论，建立IGBT在不同老化状态下的稳态结温数据库；
(3)在短期时间尺度剖面下，基于SCADA监测数据，全面考虑环境温度及风速的影响，通过所述电热耦合模型实时输出结温数据，并计算实时热应力循环次数；
(4)在长期时间尺度剖面下，依托风机SCADA监测数据建立风速的威布尔概率分布模型，获得风速概率分布曲线，归一化后进行热应力冲击检验次数概率分布，并结合Bayerer寿命预测模型和所述稳态结温数据库预先获得在不同老化阶段IGBT可承受的最大热应力循环次数；
(5)以热应力循环次数为衔接不同时间尺度的评估结果，计算风电变流器IGBT的累积损伤度和预估寿命。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对可靠性评估时间尺度进行划分，包括：
在长时间尺度剖面，侧重考虑功率器件老化特性，忽略结温波动的瞬态细节仅考虑稳态结温从而保持较高的计算效率；
在短时间尺度剖面，侧重考虑风速和环境温度的影响，全面计及观测到的结温波动数据。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述建立IGBT在不同老化状态下的稳态结温数据库，包括：
基于疲劳损伤理论，利用累积损伤度D来反应IGBT模块的损伤程度；当D≦a时，不对所述电热耦合模型热网络参数进行修正；当累积损伤度a<D≦b时，按照第一预设值增大电热耦合模型热网络参数；当累积损伤度b<D≦c时，按照第二预设值增大电热耦合模型热网络参数；当累积损伤度c<D≦d时，按照第三预设值增大电热耦合模型热网络参数；当累积损伤度d<D≦e时，按照第四预设值增大电热耦合模型热模型参数，其中，所述第一预设值、所述第二预设值、所述第三预设值及所述第四预设值依次增大，a、b、c、d、e的值依次增大；
在风机切入风速与切出风速之间进行采样，得到风电IGBT的特征工况，计算各特征工况不同老化状态下电热耦合模型输出的稳态结温数值，建立IGBT稳态结温数据库。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，由确定累积损伤度，其中，Nf为IGBT模块在某幅值大小不变的应力循环作用下的失效周期数，N表示承受该应力的循环次数。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的方...
【专利技术属性】
技术研发人员：何怡刚，王传坤，王晨苑，李猎，吴晓欣，曾昭瑢，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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