一种风力发电用变流器的实时可靠性评估方法
专利汇可以提供一种风力发电用变流器的实时可靠性评估方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 风 力 发电用变流器的实时可靠性评估方法，属于风电变流器可靠性评估技术领域。该方法基于风 电机 组状态监测数据，并利用雨流 算法 提取元器件随机 温度 波动 信息，从而对风电变流器实时故障率进行计算。本方法能同时考虑风电机组运行功率的大小及功率波动强度对风电变流器实时可靠性的影响，为风电变流器的状态检修提供科学依据，也为针对不同的风 电场 风况选择合适的变流器提供了技术 支撑 ，能够确保 风力 发电机组 高效、可靠、安全运行。，下面是一种风力发电用变流器的实时可靠性评估方法专利的具体信息内容。
1.一种风力发电用变流器的实时可靠性评估方法，其特征在于：该方法基于风电机组状态监测数据，利用雨流算法提取元器件随机温度波动信息，对风电变流器的实时故障率进行计算；具体包括以下步骤：
步骤一：基于风电场的状态监测数据，获取与变流器可靠性评估相关的信息；
步骤二：对变流器的运行工况进行二维状态划分，即将变流器的输出有功功率以每小时为一组，按每小时的平均功率和功率波动强度进行二维状态划分，并计算对应的分布概率p(i，j)；
步骤三：将变流器的有功功率、变流器无功功率、变流器线电流、变流器线电压和变流器柜内温度按照状态S(i，j)进行归类，形成状态S(i，j)下的数据集合Ω(i，j)；
步骤四：以一小时为时间单位，基于元器件的损耗计算公式和热阻模型，利用数据集合Ω(i，j)，获取状态S(i，j)下元器件的运行温度载荷；
步骤五：基于雨流算法提取元器件每小时的温度波动信息，并对不同运行状态S(i，j)下上述信息的平均值进行计算；
步骤六：计算元器件在功率大小为第i个状态下的热应力因子πThi和功率波动强度为j个状态下的温度循环因子πTCj；
步骤七：根据热应力因子和温度循环因子，结合不同元器件的基本故障率参数λ0Th和λ0TC，计算各元器件的故障率λcom；
步骤八：将风电变流器划分为6个子系统，分别为机侧变流器、网侧变流器、直流环节、滤波器、控制系统和附属连接设备；
步骤九：基于步骤七中各元器件的故障率，计算各子系统的故障率，最后将各子系统的故障率相加，便可得到整个风电变流器系统的故障率。
2.根据权利要求1所述的一种风力发电用变流器的实时可靠性评估方法，其特征在于：
在步骤二中，表征功率大小和波动强度影响因素的变流器二维状态概率的表达式为：
式中，p(i，j)表示变流器处于功率大小为第i个状态，功率波动强度为第j个状态下S(i，j)的概率；t(i，j)表示变流器处于S(i，j)状态下的累计时间；T为记及的运行周期；NTh为功率大小划分的状态数；NCy为功率波动强度划分的状态数；其中，功率波动强度定义为：
式中，Pmean表示功率平均值，σ表示功率标准差。
3.根据权利要求1所述的一种风力发电用变流器的实时可靠性评估方法，其特征在于：
在步骤四中，计算功率器件损耗的表达式为：
式中Pcd,IGBT、Psw,IGBT或Pcd,diode、Psw,diode分别为IGBT或二极管的导通损耗及开关损耗；fsw为开关频率，Eon、Eoff分别为IGBT的额定导通和关断能量损耗，Vref、Iref分别为IGBT和二极管的额定电压和额定电流，ESR为二级管的额定导通损耗，φ为机侧或者是网侧变流器的功率因数角,rce和rd分别为IGBT和二极管的导通电阻，Vce0和Vf0分别为IGBT和二极管的导通电压，I0m为变流器输出相电流幅值，M为变流器调制度；Vdc为直流侧电源电压。
4.根据权利要求3所述的一种风力发电用变流器的实时可靠性评估方法，其特征在于：
在步骤四中，计算功率器件热阻抗模型及其结温的表达式如下：
式中Ta、Tc和Th分别为环境温度，散热器温度和基板温度；Tj,T和Tj,D分别为IGBT和二极管的结温；PT和PD分别为IGBT和二极管的总损耗，可由各自的导通及开关损耗相加得到；
Ploss为IGBT和二极管总损耗之和；Rthch和Rthha分别为基板到散热器和散热器到环境的热阻；
Rthjc,VT和Rthjc,VD分别为IGBT和二极管的结点到基板的热阻，热阻参数可通过器件厂商提供的数据手册获取。
5.根据权利要求1所述的一种风力发电用变流器的实时可靠性评估方法，其特征在于：
在步骤五中，基于雨流算法提取器件结温波动信息时的具体步骤如下：1)把结温-时间曲线旋转90°，采用竖坐标轴表示时间，横坐标轴表示结温；2)规定雨点以峰值或谷值为起点沿各层层顶向下流动，然后根据雨点的轨迹提取器件结温波动信息：即雨滴从每一个谷值外边或峰值内边开始流动，在峰值或谷值处竖直落下并继续流动，一直流到比起始点值更大的峰值或更小的谷值处停止；此外，若雨滴在流动过程中，遇到上层斜面流下的雨滴时也停止流动；当雨滴停止流动时，其轨迹就会形成一个闭合曲线，即一个完整的结温波动循环；
3)根据结温波动循环的起点值To和终点值Ts，利用以下公式分别对结温的平均值Tmean、波动幅值ΔTj、最大值Tmax、持续时间t进行计算，且对应的结温波动次数N(Tmean,ΔTj)加1：
6.根据权利要求1所述的一种风力发电用变流器的实时可靠性评估方法，其特征在于：
在步骤六中，第i个状态下的元器件热应力因子πThi的表达式为：
式中，α、β均为常数，分别为0.85及4641.6；Ti为每个运行状态下的温度参数，其中对应IGBT和Diode为结温平均值Tmean，对应电容和电感为电路板平均温度。
7.根据权利要求1所述的一种风力发电用变流器的实时可靠性评估方法，其特征在于：
在步骤六中，第j个状态下的元器件温度循环因子πTCj的表达式为：
式中，tj表示元器件处于每个运行状态下的累计运行时间，单位为小时；NCyj为元器件在每个运行状态下的结温循环波动次数；N0表示参考循环波动次数，一般取值为2；θcyj表示元器件每个运行状态下的结温波动循环时间；θ0表示参考循环时间，一般取值为12；△Tcyj为元器件每个运行状态下的结温波动幅值，△T0为元器件结温波动参考值，一般取值为10；
Tmax_cyj为元器件每个运行状态下结温波动所达到的最大值；γ、p、n为不同元器件的温度循环参数，可根据FIDES导则按照不同元器件进行选择。
8.根据权利要求7所述的一种风力发电用变流器的实时可靠性评估方法，其特征在于：
在步骤七中，元器件的基本故障率可基于FIDES导则选取，热应力基本故障率λ0Th常取为
0.4；温度循环基本故障率λ0TC常取为0.4；此外，计算各元器件的故障率λcom的表达式为：
式中，λ0Th和λ0TC分别为热应力因子和温度循环因子对应的元器件基本故障率；πPm表征元器件制造质量的影响；πPr表征元器件寿命周期中的可靠性质量管理及控制水平的影响；
πin表示元器件的过应力贡献因子，p(i，j)表示变流器处于功率大小为第i个状态，功率波动强度为第j个状态下S(i，j)的概率。
一种风力发电用变流器的实时可靠性评估方法
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