【正文】 BLTL e xp0 （ 17） where L0 is the quantitative normal life measurement (h) assumed to be。我們可以得出結論：要實現(xiàn)更好的可靠性，小型風力發(fā)電機的聯(lián)網(wǎng)配置應該滿足最低的電力電子技術。因而更可靠，成本更低。降低開關頻率增加了成本，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，相反較高的開關頻率將濾除高階諧波。為了觀察平均無故障時間 MTBF的開關頻率已經(jīng)經(jīng)行了調查。然而，更高可靠性的 PCS可以通過改變開關頻率的工作點來實現(xiàn)。 重點是確定最重要子系統(tǒng)的 PCS 是否可靠，為了實現(xiàn)這一目標，在平均無故障時間 MTBF 的橋式整流減少了 50%，而升壓變換器和逆變器是不變的。從經(jīng)濟角度 考慮，更換這樣一個復雜的 PCS是昂貴的，并且需要高度熟練的專業(yè)維修。程序之后的分析結果在 節(jié)的表 1中。升壓變換器和逆變器的開關頻率是通常大部分實際應用的 20KHZ。簡單示意圖程序和作業(yè)程序是在圖 3中。 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的可靠性計算 基于組件的 PMG系統(tǒng) PCS可靠性分析可參考 。系統(tǒng)組件根據(jù)環(huán)境的變化，其失效率隨時間的推移呈現(xiàn)出浴缸曲線，此外，系統(tǒng)可以被看作是可修復的。這樣一組二極管和 IGBT的損耗可以表示如下： omfomdI N Vdcd IVMIrMP 02,1 c os821c os381 ?????? ???????? ?? ??? (10) omceomceI N VI G B Tcd IVMIrMP 02,1 c os821c os381 ?????? ???????? ?? ??? （ 11） 在輸出電流 oi 給出的條件下，二極管和 IGBT開關損耗的近似計算方法： ? ?I G B Tr e fOI G B Tr e fdcO F FONSWI N V I G B TSW I IV VEEfP,2,1 1 ?? ? （ 12） drefOdrefdcSWIN V dSW I IVVfP,2,1 1?? （ 13） 通過上述（ 10） （ 13）可以計算出逆變器的總損耗： ? ? I N V I GB TSWI N VdSWI N VI GB TcdI N VdcdI N V I GB Tdt PPPPP , ????? （ 14） 以 PMG為基礎的 SWT 的變換階段的功率損耗是： ? ? ? ?I N V I G B TdtBC I G B TdTDBdtP M Gt PPPP ?? ??? , （ 15） SET的 PMG可靠性分析 可靠性是一個組件在特定的操作條件下實現(xiàn)其預定功能的概率統(tǒng)計。對于升壓裝置， IGBT被打開時間 d,而二極管導通時間為（ 1d）。此后就提出了系統(tǒng)可靠性的數(shù)學分析。 3 為了完成一個設備的可靠性分析，對于風力發(fā)電機的電力電 子元件即半導體（二極管， IGBT等）的功率損耗進行數(shù)學分析是必不可少的。該系統(tǒng)的機械子系統(tǒng)由齒輪，機械制動器，液壓系統(tǒng)，偏 航系統(tǒng)的樞紐，和刀片 /攤位組成傳動，同時電氣子系統(tǒng)由發(fā)電機，傳感器等組成。由于世界各地顯著的（和日益增長的）一些不同年限，類型和位置的風力渦輪機的存在，這些長期記錄得來的實效數(shù)據(jù)和可靠性數(shù)據(jù)都是現(xiàn)成可用的。在低水平可靠性的主導因素是由于電流流動時功率開關的開關引起的功率損耗產(chǎn)生的熱量，減小熱量的產(chǎn)生就能顯著提高可靠性。這種電路結構需要 3相整流橋，升壓轉換器和一個并網(wǎng)逆變器。 多年來小型并網(wǎng)風力發(fā)電機的電力電子技術已經(jīng)從基于 SCRs 變換轉變?yōu)閮?yōu)化 ACDCAC 鏈。一個操作點的改變也可以在這種方法中被體現(xiàn)，所以對于系統(tǒng)可靠性可以有一個清晰的認識。 雖然 PCS中較高級別的部件顯示出了較低的可靠 性，反之亦然，較低級別的部件顯示出較高的可 2 靠性，但是影響他們的變量是不同的，這就有可能在可靠性方面產(chǎn)生出變異。然而由于缺乏環(huán)境和當前的緊張因素的考慮使得計算的可靠性價值有了很大限制。對于電力電子遇見可靠性的知識是區(qū)別不同拓撲的關鍵。 幾乎所有的商用小型風力發(fā)電機組是根據(jù) PMG系統(tǒng) 。 WECS被認為是復雜的系統(tǒng)，包括機械子系統(tǒng)（轉子，集線器，和變速箱）和電氣子系統(tǒng)（轉換器 /逆變器，整流器，以及控制）和負載。通過對功率調節(jié)系統(tǒng)最不可靠組件的確定更證實了這一結論。中文 5188字 畢 業(yè) 設 計（論 文） 外 文 文 獻 譯 文 及 原 文 學 生： 學 號： 院 （系）： 電信學院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 指導教師： 2020年 6月 10日 1 出處 : Applied Energy, 2020, 86(9): 16171623 小型網(wǎng)絡互聯(lián)風力發(fā)電機功率器件可靠性分析 Md. Arifujjaman, . Iqbal, . Quaicoe 摘要 ： 基于風力渦輪機的小型永磁發(fā)電機（ PMG）的網(wǎng)絡互聯(lián)需要一個功率調節(jié)系統(tǒng)，這個系統(tǒng)由橋式整流器， DCDC變換器和并網(wǎng)逆變器組成。分析表明，這些基于風力渦輪機的永磁發(fā)電機（ PMG）的功率調節(jié)系統(tǒng)的可靠性是相當?shù)偷?，它在一年之?nèi)降低到 初始值的 84%。 關鍵詞： 可再生能源，風能，電力電子，并網(wǎng)逆變器，永磁發(fā)電機，小型風力發(fā)電機，開關損耗，可靠性，平均故障間隔時間 1 緒論 隨著并網(wǎng)和離網(wǎng)應用的大型風能變換系統(tǒng)的廣泛應用，小型變換系統(tǒng)也迅速的發(fā)展。有鑒于此，有必要對小型風能變換系統(tǒng)進行可靠性評估，一遍確定這種配置的有效性和可靠性。對于一個機電系統(tǒng) 的可靠性計算要將電壓或電流作為一個變量進行考慮 [1]，但是電力電子元件的可靠性要受到溫度變化的影響 [2]。一個可比較的轉換器的可靠性分析就是基于 Aten等編寫的軍事手冊 [6]。這些數(shù)據(jù)將整流器，轉換器和逆變器看做是一個整體系統(tǒng)而忽視了他們在不同的用戶操作點之間的不同，此外，為了滿足某些標準的整體系統(tǒng)的要求，同一系統(tǒng)可能有不同的組成部分。這種方法就像通常使用的高加速壽命測試程序 [5]一樣將溫度看作是一個變量，來獲得對一個 PCS組件的可靠性預測。 本文安排如下：基于小型風力渦輪機的并網(wǎng)永磁發(fā)電機 PCS系統(tǒng)在第 2節(jié)講述；接下來在第 3節(jié)講述的是 SWT公布的數(shù)據(jù)的最常見故障組件的確定；第 4節(jié)在電力電子技術的可靠性分析之后介紹了轉換損失的數(shù)學分析；最后，第 5節(jié)講述了本研究的結果和重要的結論。圖 1常用的小型并網(wǎng)永磁風力發(fā)電機組的電路結構。但是此結構的缺點是通過逆變器來實現(xiàn)并網(wǎng)，但是這種風力發(fā)電中使用的逆變器主要是在光伏發(fā)電中使用，可靠性不能確定，并且早起的研究也 是從幾個主要的方面來增加其可靠性。 長期的野外數(shù)據(jù)對于技術和經(jīng)濟性能的評價是很重要的。根據(jù)荷蘭大型風力放電機項目 DOWE提供的數(shù)據(jù)，由德國 The Scientific Monitoring and Evaluation Programme (WMEP)[8],瑞典 Elsfork[17]和德國（ LWK）Landwirtschaftskammer,SchleswingHolstein[18]公布的數(shù)據(jù)和評價方案展現(xiàn)在圖 2 中。就整體而言，為了確保系統(tǒng)的高可靠性，應該將注意力集中在簡單可靠設計的小型 WECS，確保零件容易保養(yǎng)和維修，以及控制結構的低復雜度一遍達到最佳效果。本文中的損耗計算側重于半導體器件的開通損耗和開關損耗。二極管的開通損耗用 DBdcdP, 表達為： dfoDBdcd IVP ?, （ 1） 在一個二極管線性損耗模型中，每個二極管的開關損耗可以表達為： drefdcdrefdcSRWTDB dcd IIVVEfP,1,1, ??? （ 2） 三相二極管整流橋中用 DBdtP, 表示 6個 二極管的總損耗 [20] DB DBsw tDB dc d tDB dswDB dcdDBdt PPPPP , 66 ???? （ 3） 升壓變換器的開通損耗和開關損耗的計算是假定一個理想電感輸入來計算的。去除緩沖電路，逆變器包括四個開關器件和四個反并聯(lián)的二極管構成就像圖 1中所示。本文計算出來的平均無故障時間 MTBF是在組件級別進行的。 JAlossAJ RPTT ?? （ 16） 5 losP 是半導體器件產(chǎn)生的功率損耗（ 包括開通損耗和開關損耗），并且根據(jù) 現(xiàn) losP 可以用每一個組件來代替。一旦系統(tǒng)的 MTBF（ 21） 知道就可以得到系統(tǒng)的可靠度。假定發(fā)電機的速度與三相橋式整流電路輸出的電壓值成正比，額定風速條件下這個電壓值是 280V。 這些分析計算是基于 EUPEC IGBT模塊 FP15R12W1T4_B3[28]的數(shù)據(jù)和表 。由于相對于風力發(fā)電機組通常 1520 年的壽命，可以看出有必要更換使整個系統(tǒng)變的脆弱的 MTBF值為 6年的器件。這有助于幫助找到一個更佳的替代設計使系統(tǒng)更加強大。從文獻中可以看出逆變器最可靠的。所以應該要權衡開關頻率和系統(tǒng)系能。這就產(chǎn)生了一個重要的觀點，系統(tǒng)在較低的（更高）的開關頻率將增加（減少）的效率和平均無故障時間，但變化的 MTBF 是微不足道的。作為一個整體，研究的范圍應著眼于優(yōu)化配置，降低功率損耗 提高效率，并且結構不復雜。系統(tǒng)中最不可靠的部分影響逆變器功率調節(jié)系統(tǒng)。 however, the absence of environmental and current stress factors can pose grim constraints on the calculated reliability value. Rohouma et al. [7] provided a reliability calculation for an entire PV unit which can be considered more useful, but the approach lacks valid justification as the data provided by the author is taken from the manufacturers’ published data which is somewhat questionable. Indeed, accurate reliability data of the rectifier, converter, or inverter are helpful to determine the total PCS reliabili