《基於電熱暫態特性的大功率風電變流器狀態控制機制》是依託上海交通大學，由張建文擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於電熱暫態特性的大功率風電變流器狀態控制機制
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張建文
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本課題申請書擬從時空二維度上對發電功率波動性、間歇性、隨機性引起的風電變流器動態熱行為及其造成的物理失效影響展開研究。從時間軸上看，變流器功率器件內部聯結面上溫度波動引起機械疲勞損傷，造成變流器失效；從空間上看，由於熱容及散熱條件不同而引起熱分布不均勻，在發電功率驟降時會導致變流器內部產生局部冷點，在一定條件下會產生“凝露”現象，影響其安全可靠運行。. 在分析風電變流器動態熱行為及其對變流器造成物理失效機理的基礎上，探索改善變流器運行狀態的熱控制方式。針對常規機型及典型拓撲結構的變流器，研究基於熱控制的壽命延長和主動防凝露的熱狀態控制技術,所涉及到的工作與結果，有助於豐富該領域的基礎理論認識，可為實現大功率風電變流器的可靠運行提供理論支撐。
結題摘要
海上風電機組容量大、工作環境惡劣、運維困難等特點，在可靠性方面對機組提出了更高的要求，變流器是風電機組的關鍵部件，設計高可靠性、高可用度的變流器至關重要。本項目旨在提升海上風電機組薄弱環節—風電變流器的可靠性及可用度，降低海上風電度電成本，為實現風電平價上網提供理論基礎及技術支撐。主要研究內容是： 1、發電功率波動性、間歇性運行條件下風電變流器的可靠性提升技術 （1）建立了風電變流器不同時間尺度電熱模型，分析了發電功率波動性、間歇性、隨機性運行條件下的暫態熱行為及其物理失效機理； （2）依據風電變流器的電熱模型，從熱源、熱阻、冷源多方面分析變流器熱控制方法，針對全功率及雙饋風電機型，提出了回響速度快、調節精度高、調溫範圍寬的基於無功、正交環流的熱控制技術； （3）對由於在發電功率驟降時空間溫度分布不均引起的凝露現象，提出了基於環流熱控制的主動防凝露技術，避免了凝露對變流器運行的危害，提高了其運行的可靠性； （4）對於平均結溫過高及結溫波動造成的功率器件壽命縮短的問題，採用DPWM+交錯並聯以及自適應最佳化調製降低了功率器件的平均結溫，採用熱控制技術平滑結溫波動，降低了熱應力對功率器件壽命的影響； 2、風電變流器的可用度提升技術 （1）針對並聯型變流器，提出了容錯控制及故障重構技術，防止局部故障引起風機停機而造成風能損失； （2）研究了H橋級聯型風電變流技術，提出了級聯型風電變流器的的容錯控制及故障重構技術，以提高其可用度； （3）針對電壓型風電變流器的母線電容為薄弱環節，研究了基於電流型拓撲的風電變流器，直流母線採用高可靠的電抗取代母線電容，提出了基於調製及控制的電感、功率器件等最佳化設計方法，從而實現電流型風電變流器的輕量化，為其在風電領域中套用提供理論及技術支撐； 研製了低壓兩電平電壓型及電流型風電變流器，在全功率及雙饋風電數字及物理動模系統中全面驗證了提出的理論及控制策略。
