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海上风电变流器可靠性思考_维谛技术_赵岷.pdf

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海上风电变流器可靠性思考_维谛技术_赵岷.pdf

1、赵岷赵岷2023.3研发总监海上风电变流器的可靠性思考海上风电发展趋势2对海上风机变流器的需求36MW10MW16MW690V950V1140V3.3kV功率等级升高电压等级的多样化在海上在海上风电平价上网的背景下，机风电平价上网的背景下，机组大型化成为降低海上风电建设成本、组大型化成为降低海上风电建设成本、提高经济收益的重要途径提高经济收益的重要途径。提升海上变流器可靠性的重要性和策略串联系统的单元越多，产品可靠度越低系统可靠度R计算：R=R1*R2*R3*Rn例如，R1/R2/R3都是0.9，则R=0.93=72.9%系统失效率计算：=1+2+n例如，1/2/3都是200FIT，则=600

2、fit。因此，提高产品可靠性的一个重要途径是在满足性能要求前提下尽量简化设计，减少器件的使用数量，产品越简单越可靠。提升海上变流器可靠性的措施6可靠性提升要求变流器使用尽量少的器件功率越来越大，系统越来越复杂，器件越来越多在满足需求的前提下，分析核心器件的表现根据核心器件表现，合理选择：电压等级/拓扑 器件规格控制器件数量，提升系统的可靠性提升海上变流器可靠性的措施7电压等级/拓扑及器件规格电压等级电压等级拓扑结构拓扑结构器件封装器件封装器件规格器件规格成本成本IGBT数量数量16MW为例为例MTBF仅考虑仅考虑IGBT690V950V1700V/900A中192pcs52,000hours1

3、700V/1800A96pcs104,000hours2300V/1800A72pcs140,000hours950V1140V1700V/900A中288pcs34,700hours1700V/1800A144pcs69,400hours3300V高/4500V/1200A提升海上变流器可靠性的措施8进一步提升变流器可靠性的措施按照原有思路发展，将会使用更多的器件，使得MTBF进一步降低变化思路，采用其他拓扑和技术来提升变流器的可用性整机和变流器容量进一步上升系统关键器件串联系统关键器件备用箱82%100%可用性对比，测试条件：单个模块故障录200FIT 时间：10年 24个模块串联VS备用

4、箱模式提升海上变流器可靠性的措施9采用中压变频器的成熟技术，构造10kV的风能变流器CL2CL1KAB单单元元输输入入旁路接触器旁路接触器Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8Q9Q10单单元元输输出出PFC电感电感熔断器熔断器C1C2C3MA1A2A3A6A5A4A7A8B1B2B3B6B5B4B7B8C1C2C3C6C5C4C7C8AC 10kV电网10kV 电机移相变压器功率单元+26.25N+18.75+11.25+3.75-3.75-11.25-18.75-26.25旁路接触器旁路接触器熔断器熔断器单单元元输输入入Q1CL2CL1单单元元输输出出PFC电感电感Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8K

5、Q9Q10Q11Q12Q13Q14Q15Q16C1C2A1A2A3A5A4B1B2B3B5B4C1C2C3C5C4移相变压器功率单元+30N+18+6-6-18M10kV 电机AC 10kV电网1700V/1800A/1400A封装规格封装规格模块模块IGBT数量数量变流器变流器IGBT数量数量5pcs120pcs1700V/1800A/1400A18pcs270pcs1700V/900A/600A提升海上变流器可靠性的措施10进一步提升变流器可靠性的措施一个模块故障后，系统停止发波故障模块旁路接触器闭合，将该模块从系统中切出控制系统收到接触器闭合命令后，采用中性点漂移算法，再次启动系统在性能

6、略有下降的情况下，能保持满功率输出提升海上变流器可靠性的措施11进一步提升变流器可靠性的措施 电平数多，谐波含量低 模块化，维护方便 功率模块具备冗余功能，系统可用度高 可选用成熟的低压器件平台，系统可靠性高 维护人员必须通过专业的高压安全培训 冷却介质必须进行去离子处理 LVRT/HVRT控制复杂，难度大 需要解决相间功率平衡、相内功率平衡控制问题 需要解决单个功率模块故障旁路后功率平衡控制问题（中点漂移控制）优点缺点提升海上变流器可靠性的措施12进一步提升变流器可靠性的措施电机和箱变大功率中速永磁发电机（10kV）-成本/工艺多抽头66kV/690V(1140V)变压器-成本/工艺提升海上变流器可靠性的措施13总结在成本许可的情况下，选择高耐压大电流功率器件，以减少器件的数量以提升可靠性选用符合要求的简单拓扑，以减少功率器件的数量改变拓扑，将功率器件部分可靠性模型从串联改为并联，从而提升系统的可用性新型器件在风能变流器中的应用14关注新型功率器件的发展/成本的变化和其他应用场景的系统应用

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