计及焊层疲劳影响的风电变流器IGBT模块热分析及改进热网络模型

李 辉 胡姚刚 刘盛权 李 洋 刘志祥

（1. 输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室（重庆大学） 重庆 400044 2. 国网江西省电力公司赣州供电分公司 赣州 341000 3. 重庆科凯前卫风电设备有限责任公司 重庆 401121）

计及焊层疲劳影响的风电变流器IGBT模块热分析及改进热网络模型

李 辉1胡姚刚1刘盛权2李 洋1刘志祥3

（1. 输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室（重庆大学） 重庆 400044 2. 国网江西省电力公司赣州供电分公司 赣州 341000 3. 重庆科凯前卫风电设备有限责任公司 重庆 401121）

针对不同疲劳寿命时期对风电变流器绝缘栅双极型晶闸管（IGBT）模块结温的影响，分析焊层在不同脱落度下的IGBT模块热阻变化规律，并建立考虑热阻变化的改进热网络模型。首先，依据风电机组变流器IGBT模块的结构和材料属性，建立三维有限元热-结构耦合分析模型，对基板焊层和芯片焊层在不同脱落度下IGBT模块结温和热应力的分布规律进行仿真分析。其次，确定不同焊层脱落度下其热阻增量值，并建立IGBT模块改进热网络模型。最后，将三维有限元模型和改进热网络模型的结温计算结果进行对比分析，验证了所提的改进热网络模型的有效性。

风电变流器 IGBT模块 焊层脱落 结温计算

0 引言

风电变流器是风力发电中能量转换的重要环节，尤其是海上风电变流器承受着更加严酷的运行环境。风电机组长时间、频繁和大范围的随机出力变化，导致电能转换单元持续承受剧烈的热应力冲击，风电变流器可靠性程度受到越来越多的关注[1-3]。……