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摘 要：随着我国对电力的需求量越来越高，我国注重多种发电方式，如水力发电、火力发电以及风力发电。其中风力发电以其较为新型的特点，得到了我国的大力推广。由于风力的变化性，风电变流器的电流需要随着风力的变化而变化，从而会对功率器件（IGBT）的可靠性产生影响。本文主要分析了风电变流器的运行特点，阐述了对风电变流器IGBT造成影响的因素，并针对风电变流器IGBT可靠性进行了研究和探讨，以期促进增强变流器IGBT的可靠性。
关键词：风电变流器；IGBT；可靠性
随着我国整体经济以及各个行业的迅速发展，经济发展迅速的背后是对能源的大量消耗。一些不可再生能源逐渐受到国家和国际的保护，严禁大肆使用，此时电能作为清洁型能源，受到了人们的重视。我国地大物博，可以用以发电的资源较多，如水能、风能等。近年来，我国加大对风能发电的投入使用。变流器是风电机组的核心部件，而IGBT作为变流器装置的基础， 其需要保证可靠性，否则会影响风电机组的使用。本文主要对影响IGBT造成影响的因素进行了分析。
一、风电变流器的运行特点
利用风力发电，首先要考虑到风力的特性，风是由大气运动形成的，即太阳辐射改变温度气压使大气运动，其几乎不可控制。风力的风速和风向都不可以控制，但都能够对发电产生影响。本文主要考虑风速的变化，风向则一直保持在水平方向。当水平方向的风力对叶片产生力，使叶片带动发电机运行，从而使发电机产生的电通过电网输送出去。风速的变化对叶片所产生力的大小也会出现变化，从而致使变流器的功率等都出现变化。由于风力不可控的因素，因此风速会出现时大时小的情况，从而使电网电压也会出现时大时小现象。变流器此时要起到保持功率稳定的作用，同时保证输出电压和电网的恒定性，此外还需要实现风力利用的最大化。因此风电变流器在风力发电中起到非常的重要的作用，同时这也是其难以控制的原因。
二、对风电变流器IGBT造成影响的因素
（一）功率循环对IGBT的影响
IGBT的封装结构与晶闸管不同，其主要是由导线、硅片散热器等组成。一般在发电过程中，器件会因为开关损耗、外界环境以及其他因素对其的影响，而出展现温差变化，由于温度变化较快，且温差较大，从而会对IGBT超声影响。由于IGBT长期受到热应力的影响，同时IGBT结构又是将不同膨胀系统的材料焊接在一起，因此焊接受到热应力的影响，会出现脱落现象。另外，当硅片与焊接之间的热量里出现循环后，则会使器件失效，甚至出现损坏。
（二）宇宙射线对IGBT的影响
在对地球和宇宙的研究中，人们发现宇宙中存在很多射线，这些射线在传入地球中虽然已经被削弱，但还是能够对功率器件产生一定的影响。目前人们发现的射线中，最常见的则是阿尔法射线。通过对器件的研究可以发现，宇宙射线对全控性器件工作的直流电压造成非常大的影响，不过大部分情况下，宇宙射线对功率器件在导通工作中几乎不产生影响，然而如果处于阻断阶段，则能够受到宇宙射线很大的影响。
（三）阻断状态对IGBT的影响
当功率器件处在阻断状态，则其极有可能出现漏电流现象。如果漏电流现象过于严重，则会出现热量增大的情况，使器件受到损坏。此时要对器件温度进行控制，否则器件就会出现相互热量循坏的状态。热耗散是影响很多器件性能的主要问题，因此需要注重对其的散热，如果散热达不到要求，则会使器件出现损坏。
温度、热耗散等因素对于阻断状态下的器件有很大的影响，如温度越低，器件的阻断能力就越弱。另外，IGBT可靠性还受到栅极驱动电路故障，热量等影响。
三、风电变流器IGBT可靠性分析
宇宙射线影响下的IGBT可靠性分析
通过上文分析可知，宇宙射线对风电变流器IGBT有一定的影响，本文主要从海拔高度、温度变化等方面，就宇宙射线失效率变化进行了研究。
功率循坏对元件的损伤如公式2。
公式2
可以统计出不同应力的分布，极值 的分布，且可以简单描绘应力幅值与平均应力的关系。此后记住WAFO的相关工具，对数据和记录进行处理，从而得到最终荷载寿命。
五、结束语
综上所述，随着我国对风力发电的重视和推广，我国加大了对风电变流器的研究。其中IGBT作为变流器的基础，其可靠性对风力发生有着重要的影响。通过上述分析可知，宇宙射线、直流阻断、负载循环荷载等都对其有一定的影响，因此要对这些因素加以控制。
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论文作者:康亚周
论文发表刊物:《电力设备》2015年第12期供稿
论文发表时间:2016/4/26
标签：变流器论文; 风电论文; 宇宙射线论文; 器件论文; 可靠性论文; 风力论文; 功率论文; 《电力设备》2015年第12期供稿论文;