考慮多熱源耦合的風電變流器IGBT模塊結溫評估模型

李 輝 ，劉盛權 ，李 洋 ，楊 東 ，梁媛媛 ，劉 靜

（1.重慶大學 輸配電裝備及系統安全與新技術國家重點實驗室，重慶 400044；2.重慶科凱前衛風電設備有限責任公司，重慶 401121；3.中船重工（重慶）海裝風電設備有限公司，重慶 401122）

0 引言

變流器作為風電機組電能回饋至電網的關鍵控制環節，其可靠運行對并網風電機組的電能質量以及安全穩定性至關重要［1］。由于風電機組長時間、頻繁和大范圍的隨機出力變化以及機側變流器可能長期處于較低工作頻率下運行，風電變流器運行可靠性問題近年來已經引起了國內外學者和工程師的廣泛關注［2-4］。功率模塊的結溫均值及其波動以及內部材料的熱失配特性產生的疲勞損傷，是導致電力電子器件老化和失效的主要因素［5］，然而，其功率模塊結溫卻很難通過實驗手段直接測量［6］，加之大功率風電機組變流器功率模塊通常是多芯片并聯的封裝結構，芯片間可能存在熱耦合影響［7］。因此，功率模塊結溫的準確計算與評估是分析風電變流器運行可靠性問題的關鍵，其對于提高變流器運行的狀態監測和可靠性評估水平具有重要的學術價值和現實意義。

目前國內外關于變流器IGBT模塊結溫評估已有一定的研究成果。文獻［7］采用有限元方法對IGBT模塊進行了熱分析，雖然獲得了IGBT模塊芯片表面的二維溫度場分布云圖，但是這類模型難以實現變流器部件級的結溫實時計算和可靠性評估。文獻［8-10］基于開關周期的損耗分析方法，研究了IGBT模塊損耗及結溫計算模型；……