1中文4350字出处:AppliedEnergy,2009,86(9):1617-1623小型风力发电机并网的可靠性分析Arifujjaman，M.T.Iqbal,J.E.Quaicoe应用科学与工程系，纽芬兰纪念大学，圣约翰斯，加拿大摘要:基于风力涡轮机的小型永磁发电机（PMG）的并网需要一个功率调节系统组成的桥式整流，一个DC-DC转换器和一个并网逆变器。
        本文提出这种并网方式功率调节系统中最不可靠组成部分的一种确定及可靠性分析。
        在某一特定风速下对最高转换损耗的最坏打算进行了可靠性（）在升压变换器输入端假定一个理想电感器（LD）来计算升压变换器（BC）传导和开关损耗。对于一个升压装置，IGBT导通持续时间为d时，二极管（D）导通持续时间为)(d。IGBT传导电流是输入电流dcI而逆变器输入电流为dcI，它们关系为)(dIIdcdc（）二极管和IGBT传导损耗为)()(,dIrVIPdcdfdcBCdcd（）dIrVIPdccecedcBCIGBTcd)(,（）升压转换器整流电压和电流分别是直流电压dcV和变换器输入端电流dcI。在特殊开关频率swf下，升压变换器中二极管和IGBT损耗为drefdcdrefdcSRswBCdswIIVVEfP,,,（）IGBTrefdcIGBTrefdcOFFONswBCIGBTswIIVVEEfP,,,)(（）（）-（）和给出了升压变换器总损耗为)()(,,,,)(,BCIGBTcdBCIGBTcd为一个变量来实现在一个功率调节系统中可靠性预测。确定功率调节系统中平均故障间隔时间，它是可靠性研究中最广泛使用参数。小型风力发电机并网多年来从可控硅转换器到交直交系统优化控制，电力电子元件在小型风力发电机（SWT）并网中应用改变了。这一变化导致减少谐波并入电网，数字信号处理器和新功率器件如IGBT和MOSFET成本低，使其变为可能。图所示为基于风力发电机组系统广泛使用小型永磁发电机并网装置。这样功率调节系统包括一个相整流桥，一个升压转换器和一个并网逆变器。升压转换器提高了逆变器所需要电压直流环节。对升压转换器或逆变器控制，以确保最佳功率输出、高效转换率和变速运行。这种装置一个缺点是使用一个并网逆变器。这种风力发电机上用逆变器主要是为太阳能光伏发电应用。这种并网逆变器可靠性不太清楚，但是以前研究人员已经确定了几种重要增加逆变器可靠性方面。可靠性低主要因素是当电流流经半导体开关器件时功率损耗产生热量，减少热量产生可显著提高可靠性。图永磁发电机并网结构图数学分析为了完成对该装置可靠性进行分析，那么对电力电子器件，即半导体（二极管/IGBT）中电力损失数学分析是有必要。功率调节系统损失依赖对电压和电流波形。单个半导体器件电压和电流方程简单分析可以确定损失值。损失计算中提出研究重点是在半导体开断和导通中产生损失。此后，提出了系统可靠性数学分析。.基于SWT永磁发电机损耗分析对于三相二极管整流桥，从已知电压和电流方程计算单个二极管损耗。它假定三相二极管整流桥中二极管分布相等电压和电流。计算出一个二极管电压和电流，整流桥中所有二极管损耗就可以得到了。二极管传导损耗DBdcdP,可以表示为dfDBdcdIVP,（）在二极管线性损耗模型假设下，每一个二极管开关损耗为drefdcdrefdcSRWTDBdswIIVVEfP,,,（）三相桥式整流器，个二极管总损耗DBdtP,为DBdswtDBdcdtDBdswDBdcdDBdtPPPPP,,,,,（）在升压变换器输入端假定一个理想电感器（LD）来计算升压变换器（BC）传导和开关损耗。对于一个升压装置，IGBT导通持续时间为d时，二极管（D）导通持续时间为)(d。IGBT传导电流是输入电流dcI而逆变器输入电流为dcI，它们关系为)(dIIdcdc（）二极管和IGBT传导损耗为)()(,dIrVIPdcdfdcBCdcd（）dIrVIPdccecedcBCIGBTcd)(,（）升压转换器整流电压和电流分别是直流电压dcV和变换器输入端电流dcI。在特殊开关频率swf下，升压变换器中二极管和IGBT损耗为drefdcdrefdcSRswBCdswIIVVEfP,,,（）IGBTrefdcIGBTrefdcOFFONswBCIGBTswIIVVEEfP,,,)(（）（）-（）和给出了升压变换器总损耗为)()(,,,,)(,BCIGBTcdBCIGBTcd.........失败率（/小时）.....计算结果表明，功率调节系统失败率是.，MTBF是.小时（年）。可以看出，更换PCS相当于年MTBF值，导致系统更加脆弱，和风力发电系统寿命相比，它通常是-年。从金融角度来看，更换这样一个复杂PCS很昂贵，而且需要一个高度熟练专业维修。图显示是年（小时）PCS可靠性。结果表明，PCS可靠性年后下降到，,小时（.年）不足。图所示，由于高维修和更换费用，在SWT涡轮系统中采用是不可取。此外，PCS可靠是要牺牲一小部分系统效率。图一年中功率调节系统可靠性图随时间推移功率调节系统可靠性图系统可靠性对整流器，升压转换器和逆变器影响确定关键子系统在PCS可靠性是重点。为了实现这一目标，当升压转换器和逆变器平均无故障时间MTBT不变时，桥式整流器MTBF减少。用同样方法，每个升压变换器和逆变器可靠性在MTBF影响下变化可以计算，可以得到，逆变器是起主导作用子系统，同时，升压变换器比整流桥具有更重要作用。在文章中发现逆变器是最不可靠系统，这个研究结果通过定量分析得到证明。这样复杂电力电子系统可靠性显著减小，对一个SWT系统是不可取。然而，通过改变工作点开关频率就可以得到一个可靠性较高PCS。随着开关频率增加，电力电子元件损失明显增加，随后失败率增加导致MTBF减少，反之亦然。然而，开关频率低，电流纹波大，在开启和关断时损失是不同。在开关频率工作点和系统理想性能之间应做个权衡。为了观察MTBF对开关频率依赖性做了一个研究。在第.节，改变开关频率可以使PS中功率损耗改变，因此而改变了PCS效率，从而系统MTBF也随着变化。效率和MTBF变化随着开关频率变化。开关频率（-千赫）增加，PCS效率和平均无故障时间MTBF分别减少和.；开关频率（-千赫）增加，PCS效率和平均无故障时间MTBF分别减少和这就导致了一个重要观点，即控制系统在较低（更高）开关频率下，效率和平均无故障时间将增加（减少），但是MTBF变化不明显。降低开关频率由于要在PCS输出端加入滤波电路以降低系统谐波污染而增大了成本，和地开关频率相比，高开关频率会引入高次谐波，用低成本滤波电路不容易将其滤除。结论就是，较低开关频率会导致引入低次谐波PCS效率更高，成本更高。但是，在任何情况下，系统MTBF都不会观察到明显变化。整体而言，研究应该放在装置优化，使系统低功耗，高效率并且结构不复杂，可靠性更高，降低成本。其中一个可能装置是基于变速SWT绕线转子异步发电机。总结对SWT子系统分配装置故障简单回顾，了解了小型风力发电系统子系统频率故障。提出了基于SWT永磁发电机功率调节系统可靠性分析。在可靠性分析中，选择温度作为变量，结果发现这种装置可靠性低。逆变器被证明是功率调节系统中最不可靠器件，研究了PCS可靠性中工作点变化。得出结论是要想得到更高可靠性，小型风力发电机应该使用一个并网装置来满足电力电子技术最低要求。为一个变量来实现在一个功率调节系统中可靠性预测。确定功率调节系统中平均故障间隔时间，它是可靠性研究中最广泛使用参数。小型风力发电机并网多年来从可控硅转换器到交直交系统优化控制，电力电子元件在小型风力发电机（SWT）并网中应用改变了。这一变化导致减少谐波并入电网，数字信号处理器和新功率器件如IGBT和MOSFET成本低，使其变为可能。图所示为基于风力发电机组系统广泛使用小型永磁发电机并网装置。这样功率调节系统包括一个相整流桥，一个升压转换器和一个并网逆变器。升压转换器提高了逆变器所需要电压直流环节。对升压转换器或逆变器控制，以确保最佳功率输出、高效转换率和变速运行。这种装置一个缺点是使用一个并网逆变器。这种风力发电机上用逆变器主要是为太阳能光伏发电应用。这种并网逆变器可靠性不太清楚，但是以前研究人员已经确定了几种重要增加逆变器可靠性方面。可靠性低主要因素是当电流流经半导体开关器件时功率损耗产中文字出处:AppliedEnergy,,():-小型风力发电机并网可靠性分析Arifujjaman，M.T.Iqbal,J.E.Quaicoe应用科学与工程系，纽芬兰纪念大学，圣约翰斯，加拿大摘要:基于风力涡轮机小型永磁发电机（PMG）并网需要一个功率调节系统组成桥式整流，一个DC-DC转换器和一个并网逆变器。本文提出这种并网方式功率调节系统中最不可靠组成部分一种确定及可靠性分析。在某一特定风速下对最高转换损耗最坏打算进行了可靠性分析。分析表明，这种基于风力涡轮机小型永磁发电机并网功率调节系统可靠性是相当低，在一年内它降低到初始值。调查得到进一步增强，对没有功率调节系统不可靠组件验证这个结果被进一步确定了，并发现逆变器主要影响该系统可靠性，而DC-DC转换器不是主要影响。可靠性分析表明，从功率调节系统可靠性角度看永磁发电机风能转换系统是不是最好选择。分析还表明，新研究是必须为小型风力发电机转换系统确定强大电力电子装置。关键词：可再生能源、风能、电力电子技术、网格领带逆变、永磁发电机、小型风力发电机、开关损耗、可靠性、平均故障间隔时间导言小型风力发电能量转换系统（WECS）随着大型WECS在无论是并网发电或离网发电中应用而迅速发展。WECS被视为复杂系统，包括机械子系统（转子，集线器和变速箱）、电气子系统（转换器/逆变器，整流器和控制器）和负载。任何一个子系统出现问题都会造成重大经济损失。如果系统离网会导致动力不足而使这个问题变得更加严重。鉴于此，为了确定一种有效和可靠装置，有必要对小型WECS进行可靠性评估。几乎所有商用小型风力发电机都是建立在PMG上。这种永磁发电机并网功率调节系统（PCS）装置需要一个整流器，升压转换器和一个并网逆变器。这种功率调节系统可靠性分析被操作条件影响，即是变量，因此有必要研究它们对系统可靠性影响。可靠度计算考虑把电压或电流作为一个机电系统变量，而温度变化对电力电子装置可靠度造成很大影响。可靠性是区分电力电子装置结构一个关键指标。然而，目前研究是尽力确定和提高逆变器而不是功率调节系统可靠性。大多数可靠性计算是建立在从军事手册上获取了关于电力电子装置可靠性预测数据，这种做法因为过时和悲观而被批评。不同转换系统可靠性分析是以A-ten等军事手册为依据进行；然而，由于缺乏环境和当前紧张因素可能对计算可靠性数值构成严峻制约。事实上，整流器，转换器或逆变器准确可靠性数据对确定功率调节系统可靠性是有帮助；然而，从制造商提供数据或使用军事手册数据用纯粹统计学方法计算可靠性数据可能得不到可靠性确定，其中考虑整流器，转换器和逆变器作为一个整体系统而从一个使用者到其他使用者忽视其操作要点。而且，为了满足整体系统某些标准同一系统装置总数可能会变化。为了优化系统性能和节约成本，对小型风力发电机组并网功率调节系统可靠性评价是必要。经上述分析，本文提出了一种装置来计算可靠性，考虑通常在高加速寿命测试（HALT）程序中温度作为一个变量来实现在一个功率调节系统中可靠性预测。确定功率调节系统中平均故障间隔时间，它是可靠性研究中最广泛使用参数。小型风力发电机并网多年来从可控硅转换器到交直交系统优化控制，电力电子元件在小型风力发电机（SWT）并网中应用改变了。这一变化导致减少谐波并入电网，数字信号处理器和新功率器件如IGBT和MOSFET成本低，使其变为可能。图所示为基于风力发电机组系统广泛使用小型永磁发电机并网装置。这样功率调节系统包括一个相整流桥，一个升压转换器和一个并网逆变器。升压转换器提高了逆变器所需要电压直流环节。对升压转换器或逆变器控制，以确保最佳功率输出、高效转换率和变速运行。这种装置一个缺点是使用一个并网逆变器。这种风力发电机上用逆变器主要是为太阳能光伏发电应用。这种并网逆变器可靠性不太清楚，但是以前研究人员已经确定了几种重要增加逆变器可靠性方面。可靠性低主要因素是当电流流经半导体开关器件时功率损耗产生热量，减少热量产生可显著提高可靠性。图永磁发电机并网结构图数学分析为了完成对该装置可靠性进行分析，那么对电力电子器件，即半导体（二极管/IGBT）中电力损失数学分析是有必要。功率调节系统损失依赖对电压

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