【正文】 的。有研究顯示，從可靠性角度看，串聯(lián)的系統(tǒng)組件其可靠性是相關(guān)的。對(duì)于功率半導(dǎo)體的壽命可以通過把結(jié)溫看作一個(gè)變量建立可靠性模型來作預(yù)測計(jì)算。 JAlossAJ RPTT ?? （ 16） 5 losP 是半導(dǎo)體器件產(chǎn)生的功率損耗（ 包括開通損耗和開關(guān)損耗），并且根據(jù) 現(xiàn) losP 可以用每一個(gè)組件來代替。 其壽命 ? ?JTL 可以用下式表示： ? ? ???????? ??JJ TBLTL e xp0 （ 17） 其中 0L 假定是通常的正常測試壽命 6101? ， KEB A? （ B波爾茲曼常數(shù)， KeVB ??? ）， AE 是活化能量，假定是 [25] JT? 是結(jié)溫變量，可以被表示為： ? ? ???????? ??JJ TBLTL e xp0 （ 18） 失效率可以被表示為 [26]： ? ?JTL1?? （ 19） 總的失效率 system? 可以通過局部的失效率 i? 通過代數(shù)和求得： ???Ni isystem 1 ?? （ 20） 這樣系統(tǒng)的故障間隔時(shí)間 systemMTBF 和系統(tǒng)可靠性 systemR 可以表示如下： systemsystemMT BF ?1? （ 21） tsystem systemeR ??? （ 22） SWT的 PMG的可靠性計(jì)算 基于組件的 PMG系統(tǒng) PCS可靠性分析可參考 。 MATLAB程序開發(fā)這一部分使用了 。在確定了每個(gè)組件使用的失效率（ 19）后綜合了總的失效率（ 20）來確定系統(tǒng)的故障率。一旦系統(tǒng)的 MTBF（ 21） 知道就可以得到系統(tǒng)的可靠度。簡單示意圖程序和作業(yè)程序是在圖 3中。 上一章通過分析計(jì)算確定了平均無故障時(shí)間 MTBF和預(yù)先假定了風(fēng)速條件的 SWT 的可靠性配 6 置。假定風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為額定功率 千瓦，預(yù)期的額定風(fēng)速條件是 13 米 /秒。假定發(fā)電機(jī)的速度與三相橋式整流電路輸出的電壓值成正比，額定風(fēng)速條件下這個(gè)電壓值是 280V。升壓變換器和逆變器的開關(guān)頻率是通常大部分實(shí)際應(yīng)用的 20KHZ。為了研究最壞情況下的功率損耗模型，調(diào)制指數(shù)被假定是跟負(fù)載電流和輸出電壓同相。標(biāo)準(zhǔn)電網(wǎng)能夠最好的反映風(fēng)力發(fā)電機(jī)組最佳運(yùn)行效果。 這些分析計(jì)算是基于 EUPEC IGBT模塊 FP15R12W1T4_B3[28]的數(shù)據(jù)和表 。程序之后的分析結(jié)果在 節(jié)的表 1中。 我們可以清楚的認(rèn)識(shí)到小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)等功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)都需要經(jīng)濟(jì)可靠，最重要的是要考慮到對(duì)每個(gè)人來說幾乎是免維護(hù)的。計(jì)算顯示功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)的失效率是 ?? ， 6 年的 MTBF 是 ? 。由于相對(duì)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組通常 1520 年的壽命，可以看出有必要更換使整個(gè)系統(tǒng)變的脆弱的 MTBF值為 6年的器件。從經(jīng)濟(jì)角度 考慮，更換這樣一個(gè)復(fù)雜的 PCS是昂貴的，并且需要高度熟練的專業(yè)維修。結(jié)果顯示，一年后可靠性下降到 84%， 40000小時(shí)（ ）后不到 50%，如圖 5所示，對(duì)于維修和更換費(fèi)用昂貴的 SWT汽輪機(jī)來說是不可取的。此外，一個(gè)可靠的 PCS系統(tǒng)要使整體系統(tǒng)效率損耗很小。這有助于幫助找到一個(gè)更佳的替代設(shè)計(jì)使系統(tǒng)更加強(qiáng)大。 重點(diǎn)是確定最重要子系統(tǒng)的 PCS 是否可靠，為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在平均無故障時(shí)間 MTBF 的橋式整流減少了 50%，而升壓變換器和逆變器是不變的。同樣伴隨實(shí)際系統(tǒng)的可靠性，在平均故障間隔時(shí)間中升壓變壓器和逆變器 可以計(jì)算出來并在圖 6中表示出來了?？梢钥闯鲈撃孀兤魇强刂谱酉到y(tǒng)，同時(shí)升壓變換器與整流器有同樣重要的作用。從文獻(xiàn)中可以看出逆變器最可靠的。然而，更高可靠性的 PCS可以通過改變開關(guān)頻率的工作點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。功率器件的功率損耗通常隨開關(guān)頻率的增加而增大，相應(yīng)的失效率的增加減小了平均故障間隔時(shí)間，反之亦然。但是目前的較低的開關(guān)頻率的連鎖反應(yīng)是巨大的，會(huì)有一個(gè)相當(dāng)大的開通損耗和關(guān)斷損耗。所以應(yīng)該要權(quán)衡開關(guān)頻率和系統(tǒng)系能。為了觀察平均無故障時(shí)間 MTBF的開關(guān)頻率已經(jīng)經(jīng)行了調(diào)查?；仡櫟?，改變開關(guān)頻率也相應(yīng)的改變 PCS的功率損耗和系統(tǒng)的平均故障間隔時(shí)間。表 2列出的變化效率和平均無故障時(shí)間 MTBF與開關(guān)頻率的改變。這就產(chǎn)生了一個(gè)重要的觀點(diǎn)，系統(tǒng)在較低的（更高）的開關(guān)頻率將增加（減少）的效率和平均無故障時(shí)間，但變化的 MTBF 是微不足道的。降低開關(guān)頻率增加了成本，由于在 PCS 輸出端安裝了濾波電路降低了輸入系統(tǒng)的低次諧波，相反較高的開關(guān)頻率將濾除高階諧波。這樣就能構(gòu)成一個(gè)低開關(guān)頻率高效率的 PCS 系統(tǒng)，相反就是一個(gè)高開關(guān)頻率的系統(tǒng)。但是系統(tǒng)的平均無故障時(shí)間 MTBF 沒有顯著的變化。作為一個(gè)整體，研究的范圍應(yīng)著眼于優(yōu)化配置，降低功率損耗 提高效率，并且結(jié)構(gòu)不復(fù)雜。因而更可靠，成本更低。 本文簡要回顧了小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中分布式 SWT 子系統(tǒng)的失效問題，說明了機(jī)遇 SWT 的永磁發(fā)電機(jī)（ PMG）系統(tǒng)的功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)可靠性分析。其中是把溫度作為變量來進(jìn)行可靠性分析和研究系統(tǒng)配置可靠性較低。系統(tǒng)中最不可靠的部分影響逆變器功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)。我們可以得出結(jié)論：要實(shí)現(xiàn)更好的可靠性，小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的聯(lián)網(wǎng)配置應(yīng)該滿足最低的電力電子技術(shù)。 致謝 作者要感謝加拿大全國科學(xué)和工程研究理事會(huì)（ NSERC ）提供的財(cái)政支持這項(xiàng)研究，感謝提供 7 了在這一研究的紐芬蘭紀(jì)念大 學(xué)工學(xué)部和應(yīng)用科學(xué)的副教授 。 Reliability Analysis of Grid Connected Small Wind Turbine Power Electronics Md. Arifujjaman, . Iqbal, . Quaicoe ABSTRACT： Grid connection of small permanent mag generator (PMG) based wind turbines requires a power conditioning system prising a bridge rectifier, a dc–dc converter and a gridtie inverter. This work presents a reliability analysis and an identification of the least reliable ponent of the power conditioning system of such grid connection arrangements. Reliability of the configuration is analyzed for the worst case scenario of maximum conversion losses at a particular wind speed. The analysis reveals that the reliability of the power conditioning system of such PMG based wind turbines is fairly low and it reduces to 84% of initial value within one year. The investigation is further enhanced by identifying the least reliable ponent within the power conditioning system and found that the inverter has the dominant effect on the system reliability, while the dc–dc converter has the least significant effect. The reliability analysis demonstrates that a permanent mag generator based wind energy conversion system is not the best option from the point of view of power conditioning system reliability. The analysis also reveals that new research is required to determine a robust power electronics configuration for small wind turbine conversion systems. Keywords:Renewable energy,Wind energy, Power electronics,Gridtie inverter,Permanent mag generator, Small wind turbines,Switching losses,Reliability Mean time between failures 1. Introduction Small wind energy conversion systems (WECSs) have evolved rapidly along with the large WECS for generation of electricity in either ongrid or offgrid applications. WECS are considered as plex systems prising mechanical subsystems (rotor, hub, and gearbox) and electrical subsystems (converter/inverter, rectifier, and control) and loads. Failures in any of the subsystems can cause substantial financial loss. The problem bees more severe if the system is offgrid leading to unavailability of power. In light of this, there is a need for reliability evaluation of small WECS in order to determine a configuration that is efficient and reliable. Almost all mercially available small wind turbines are based on PMGs. The power conditioning systems (PCSs) for grid connection of the PMG based configuration requires a rectifier,boost converter, and a gridtie inverter. The reliability analysis of such PCS is greatly influenced by the operating conditions, ., covariates and therefore it is desirable to investigate the magnitude of their effects on the system reliability. Reliability calculation consider the voltage or current as a covariate for an electromechanical system [1], while the reliability of power electronic ponents is strongly influenced by the ponent temperature and variations [2]. Knowledge of the reliability of power electronic ponents is a key concern when differentiating between topologies. However, recent research intermittently endeavors to determine the reliability and advancement of the inverter rather than the PCS [2–4]. Most of the reliability calculations are 8 based o