考虑多热源耦合的风电变流器IGBT结温评估模型

本文主要探讨了风电变流器中IGBT模块结温评估的重要性和现有模型的局限性。针对大功率风电机组变流器的特殊性，即IGBT模块内部多芯片并联运行且存在热耦合效应，作者提出了一种新的评估模型，该模型考虑了多热源耦合的影响。在实际的2 MW双馈风电机组变流器IGBT模块为背景，通过有限元方法分析了模块内多芯片的结温分布和稳态热耦合效应。 首先，文章指出变流器的可靠运行对于风电机组的电能质量和安全性至关重要，而功率模块的结温计算和评估是确保其可靠性的关键。由于风电机组的工作条件复杂，如频繁的出力变化和低工作频率，对变流器的热管理提出了高要求。传统的结温计算模型往往忽视了多芯片之间的热耦合效应，可能导致结温评估不准确。 文章介绍了一个创新的方法，即引入等效耦合热阻抗的概念，用于推导功率模块芯片间的热阻抗关系矩阵，进而构建了一个考虑多芯片热源影响的改进热网络模型。这个模型可以更精确地反映芯片结温的变化，尤其是在非边缘位置芯片的热分布情况，这对于理解热耦合影响程度至关重要。 通过对比分析某H93-2MW双馈风电机组在不同功率损耗下的结温计算结果，改进模型与有限元和常规热网络模型的差异，结果证明了考虑多热源耦合的模型在计算风电变流器功率模块内部芯片结温时的必要性和有效性。芯片间的热耦合影响程度与芯片间距直接相关，这对优化设计和监控变流器的运行状态提供了理论依据。 总结来说，这篇研究为风电变流器的热管理提供了新的理论工具，有助于提高变流器运行的可靠性评估和状态监测水平，对风电行业的技术进步具有重要的推动作用。通过考虑多热源耦合，可以更准确地预测和控制变流器功率模块的结温，从而延长设备寿命，降低故障率，提升风电机组的整体性能。