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文档介绍：G5X风电机组变频器的散热功率计算方法
G5X风电机组变频器的散热功率计算方法
摘要:本文以西班牙Gamesa公司的G5X风力发电机组为例,介绍了风力发电用变频器的一种散热功率计算方法,为风电现场的变频器散热系统改造提供依据。该方法结合风电行业所用变频器的技术特点,从现场实际情况出发,给出合理的参数取值,从而计算比较可信的结果,并在实际试验中取得良好的效果。这种方法具有推广的价值,可以为其它类型的风力发电机组变频器散热功率计算提供参考。

关键词:G5X 风力发电变频器散热功率计算方法
中图分类号: TN773 文献标识码: A
一、概述
G5X风力发电机组(简称机组)是我国从西班牙Gamesa公司引进的双馈型变桨距机组(如图1),该型机组单台功率为850kW,根据叶片长度的不同,分为G52和G58两种。



图1 某风电场的G5X机组
G5X在国内安装数量庞大,早期引进的机组所装变频器主要为Ingerteam变频器。G5X机组在运行初期,性能比较稳定,故障相对较少,但是随着运行时间的累积,一些机组开始出现环境适应性的问题。例如,会出现零部件腐蚀严重、受风沙侵蚀严重等现象,变频器还出现散热等方面的问题。由于变频器对整个机组的发电性能控制起着极其重要的作用,如果变频器在运行过程中出现过热会直接导致整个机组停机,国内不少风电场已经开始着手对变频器的散热系统进行改造。在变频器改造过程中,首要问题是需要知道变频器的发热量,计算变频器发热量需要详细了解变频器各个方面的参数,对于现场工程师来说比较困难。本文运用经验和理论计算相结合的方法,计算出了G5X机组变频器在运行过程中的总发热量,可以为现场的改造提供依据。
二、计算方法
Ingerteam变频器采用AC-DC-AC(交-直-交)背靠背结构,其IGBT型号有三种为:Infineon公司的BSM300GB120DLC、FF400R12KE3和Semikron公司的 SKM400GB124D。三种型号都可以替代使用,现场使用较多的是BSM300GB120DLC,下面依据该型号进行计算,其它两种型号雷同。单个模块含有2个IGBT和2个反并联二极管,如下图所示,为一个BSM300GB120DLC模块的内部电路:



图2 BSM300GB120DLC模块内部电路
每台变频器上使用12个IGBT模块,网侧6个,电机侧6个,因此网侧、电机侧各有12个IGBT和12个反并联二极管,2个IGBT模块并联组成一个桥臂(即一相)。
变频器网侧输入电压为50Hz 480V交流。变频器的发热包括以下部分:IGBT的发热、反并联二极管的发热。

首先,变频器功率为
(1)
注:双馈机组的变频器功率为机组额定功率的,这里按较大值进行计算。
输入侧额定电压为。由此可以计算变频器的网侧相电流峰值为:
(2)

IGBT在导通状态下都有1V左右的压降,随着IGBT容量的增加,压降也会增加。因此,IGBT在工作过程中流过电流时,自身会存在损耗,这个损耗就是通态功耗。单个IGBT的通态功耗PSS为
(3)
其中,—变频器的输出电流峰值,—、集电极电流等于时,IGBT的饱和压降,—PWM波形占空比(