大功率直驱风电机组变流器的功率器件热负荷分析

毕长飞

（辽宁地质工程职业学院 机电系，辽宁 丹东 118000）

1 引言

随着新能源技术的发展，风力发电技术也得到了较为快速度的发展[1]。在许多国家，生态清洁的风能已成为总能源需求的重要组成部分[2]。同时以直驱型风电机组为代表的单机容量持续增加，因此机组红需要安装一个更为高效和可靠的全功率风电变流器[3]。

由于功率半导体器件的热应力和损耗对风电变流器的可靠性有很大影响，从而变流器中的器件热应力需要合理的分布，从而可以提高变流器的可靠性。目前较为主流的变流器拓扑类型如下：中点钳位型和主动型中点钳位型三电平拓扑和两电平背靠背两拓扑等[4]。三电平拓扑变流器较之两电平拓扑变流器，单个功率半导体器件的电压等级可以明显降低，而多电平变流器可以显著降低开关损耗。此外，合理的脉冲调制PWM（PulseWidthModulation）策略，也能够实现变流器中各个功率器件的热损耗平衡，调高变流器整体效率，文献[5]的研究表明变流器中器件热分布很大程度上取决于使用的PWM调制方法。

直流母线电压等级的选取对风电变流器热负荷分布也有明显的影响，较高的直流母线电压往往会增加变流器的总损耗值，一般来说，变流器机网侧额定电压和对应调制比决定了直流电压的取值。文献[6-7]对最大转矩电流比控制MTPA（Maximum Torque Per Ampere）策略进行了研究，MTPA控制能够实现以最小的电流达到额定的发电机转矩，这使得发电机和变流器的损耗均最小化。……