永磁直驱风电变流器功率器件损耗分析

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1、第25卷第3期电力系统及其自动化学报VoI．25No．32013年6月ProceedingsoftheCSU-EPSAJun．2013永磁直驱风电变流器功率器件损耗分析景巍，谭国俊，马小平(中国矿业大学信息与电气工程学院，徐州221008)摘要：永磁直驱风力发电系统在低电压等级下多采用两电平变流器并联运行，而在中压等级下采用三电平变流器较为合适。在分析绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块损耗的基础上，根据两电平和三电平变流器的工作机理，建立了一套考虑结温效应的变流器损耗计算公式。对永磁直驱风力发电系统中并联两电平和三电平变流器的损耗进行了对比分析，分析结果表

2、明，相对于并联两电平结构，三电平变流器的总损耗可减少27％。实验验证了三电平变流器功率器件开关状态的正确性，损耗分析为MW级风力发电系统中三电平变流器散热设计奠定了基础。关键词：永磁直驱；风力发电系统；两电平；三电平；损耗中图分类号：TM46；TM614文献标志码：A文章编号：1003—8930(2013)03—0094—04AnalysisofConverterLossesforPermanentMagnetDirect-DriveWindPowerJINGWei，TANGuo-jun，MAXiao-ping(SchoolofInformationand

3、ElectricalEngineering，ChinaUniversityofMiningandTechnology，Xuzhou221008，China)Abstract：ParalMedtwo-levelconvertersarewidelyusedinpermanentmagnetdirect-drivewindpowergenerationsystemsunderlowvoltagelevel，whilethree-levelconvertersaremoresuitableformedium-voltagesystems．BasedOilthea

4、nalysisofsingleIGBTmodulelosses，thelosscalculationmethodwhichtookthejunctiontemperatureeffectintoconsiderationwasderivedaccordingtotheoperatingprincipleofthetwo—levelorthree-levelconverters．Losseswerecomparedbetweenparalleledtwo——levelandthree——levelconvertersinpermanentmagnetdire

5、ct——drivewindpowergen——erationsystems．Calculationresultsshowthat，thelossesofthree—levelconverterscanreduce27percentcomparedtOthatofparalleledtwo-levelconverters．Experimentsverifiedthevalidityofthedeviceswitchingstatesforthree—levelconvertersandthelOSSanalysis1aidthefoundationsfort

6、heheatdissipationsystemdesignofthethree—levelconverter．Keywords：pemmnentmagnetdirect-drive；windpowergenerationsystem；two——level；three·—level；powerloss近年来，随着传统能源问题的日益严峻，以及提升，变流器的数量也随之增多[31。为了减小机舱国家对开发可再生能源的激励政策，风力发电及的体积和重量，通常将变流器和升压变压器安装其相关技术得到了迅速发展，MW级风力发电系统在塔底，连接发电机和变频器的电缆较多，成本和已

7、成为市场主流。相对于目前广泛应用的双馈风损耗较大。在单机大容量的发展趋势下，欧美一些力发电系统，采用全功率变流器的永磁直驱技术风力发电研究机构和企业已陆续开发出中压三电可省去价格昂贵且难以维护的齿轮箱，同时可较平风电变流器，通过提升电压等级来减小系统电为容易地实现低电压穿越要求，因此逐渐受到风流应力，可使机组的性价比提高2．5％，甚至更高嗍。电制造厂商的青睐[】一。对于三电平变流器在永磁直驱风力发电系统目前我国风力发电系统基本均采用690V额中的应用，国内外研发机构已在主电路设计和功定电压的两电平变流器，对于单机容量超过750kW能实现方面做了大量的研究工

8、作[5-71。本文以一台的系统采用变流器并联运行，随着单机容量不断