功率变流器的可靠性研究现状及展望功率变流器的可靠性研究现状及展望.pdf

第 1期 电 源 学 报 No.1 2013年1月 Journal ofPower Supply Jan.2013 周雒维袁吴军科袁杜 雄袁杨珍贵袁毛娅婕 (重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室袁重庆400044) 摘要院可再生能源并网发电技术的迅速发展袁对功率变流装置的可靠性提出了更高要求遥工业界的调查表明袁可 再生能源发电系统的故障很大一部分原因可归咎于变流装置的故障袁而功率器件的失效是主要诱因遥研究功率器件 可靠性是提高变流器可靠性的基础袁对延长设备的使用寿命具有重要意义遥 围绕功率变流器的可靠性问题袁从变流 器的工作特点出发分析了导致其可靠性不高的主要原因遥首先阐述了功率器件在工作中的主要失效机理曰为防止损 坏设备的故障发生袁需要实时监测变流器的健康状态及评估装置的可靠性袁文章总结了功率器件的状态监测方法及 寿命预测技术曰为提高变流器的运行可靠性袁提出了变流器状态控制的概念袁对各种状态控制方法进行了分类介绍袁 并分析总结了现有状态监测方法尧寿命预测模型及状态控制方法的优缺点袁最后根据这些优缺点对功率变流器可靠 性研究进行了展望遥 关键词院功率变流器曰可靠性曰功率器件曰状态监测曰寿命预测曰状态控制 中图分类号院TM46 文献标志码院A 文章编号院2095-2805渊2013冤01-0001-15 可靠性要求构成了矛盾遥 因此袁功率变流器的可靠 性问题已成为大功率变流技术领域一个较为普遍 功率变流器是一类在机车牵引尧 电动汽车驱 的尧亟待解决的现实问题遥 动尧航空电源尧可再生能源并网发电等工业领域得 变流器的可靠性是由其拓扑结构可靠性和功 到广泛应用的电力电子设备遥处理功率的随机波动 率器件本身的可靠性共同决定的遥变流装置的可靠 性是此类装置的一个典型特点袁加上运行工况的复 性既受制造封装工艺的影响袁也受实际运行工况的 杂性袁使得变流装置中功率模块承受不均衡的电热 影响遥本文所探讨的可靠性主要是指装置运行过程 应力袁容易引起老化失效等可靠性问题袁从而降低 中的可靠性遥 功率变流器可靠性研究主要包括可靠 变流器的可靠性袁减少设备的使用寿命遥 因此袁可靠 性评估和状态控制两大方面遥 可靠性评估是指对元 性问题是该类装置在实际应用中需要关注的重要 件或系统在给定时间间隔内尧规定条件下袁连续实 问题遥 在可再生能源并网发电中袁功率变流器实际 现其功能的能力进行分析尧 预计和认定的系列工 上是一个连接发电网和公用电网的接口袁系统要求 作袁具体包含变流器状态监测尧故障诊断尧寿命预测 变流设备具有和传统电力设备相近的可靠性袁从而 等方面的研究内容遥 在可靠性研究中袁通常采用平 保证整个电网的安全可靠运行遥但实际上由于一次 均无故障时间来衡量装置的可靠性遥平均无故障时 能源的不稳定和剧烈波动性袁可再生能源发电系统 间是指设备工作至故障的平均时间袁反映了产品的 [1] 时间质量袁是体现产品在规定时间内保持功能的一 的可靠性并不高 遥实际上袁在电动汽车驱动和机车 牵引领域的功率变流装置也面临同样的可靠性问 种能力遥状态监测是指对运行中的电力电子装置的 题遥 因而功率变流器的低可靠性现状与系统对其高 技术状态进行检查鉴定袁 以判断其运转是否正常袁