一种igbt模组的改进方法
技术领域
1.本发明涉及风电变流器技术领域，具体是指一种igbt模组的改进方法。
背景技术：
2.风电变流器由整流单元、斩波升压单元、制动单元、逆变单元4部分组成，其中整流单元为功率二极管被动全桥整流、斩波升压和制动单元均采用igbt控制、逆变单元采用 igbt模组进行直-交转换，而在长期使用运行中逆变单元器件存在老化问题，在实际使用时经常会出现全场报出igbt ok信号丢失、温度不平衡、变流器反馈丢失等变流故障，其问题大多为igbt殉爆、电容炸裂、过压保护板失效、快速熔断器失效等，据统计在正常使用中因变流器故障问题导致机组停机时间占总故障的27％，，因变流故障损失发电量占总故障的25％。
3.在经过升级逆变单元、斩波升压、制动单元以上故障能够得到有效预防能大幅降低变流系统因igbt故障率90％左右。因此通过对igbt模组和变流器整体升级的开发，对降低故障率、降低人员维护时间、降低备件成本、避免损失发电量使机组“提质增效”是存在必要性的，存在重大意义的。
4.风电变流器存在风冷、水冷两种冷却形势，这两种形式均存在着变流器过温，或局部温升较高的状况，这与运行年限相关性很高，各个关键部件都存在老化，失效，出力不足的情况，并且面对早年的进口变流器存在备件供应不足、维护维修成本高的特点，目前所暴露出来的问题，结合当今风电变流器国产化的趋势(例如：科孚德变流器、abb acs800、超导 pm3000)，金风1.5mw freqcon变流器已经先于同行业实现了国产化，不仅稳定性高而且备件成本低。随着运行时间的增长，也存在着过温、局部散热不佳、igbt老化失效、电路板老化等问题。目前看来，对金风1.5mw freqcon变流器进行重新的设计改造，实现降本增效的目的是迫在眉睫的。
5.为此我们提出一种对斩波升压单元、制动单元、逆变单元的igbt模组内部进行优化处理，开发新的方案的igbt模组的改进方法。
技术实现要素：
6.本发明要解决的技术问题是，克服以上技术缺陷，提供一种提升机组运行安全性，防止变流炸模块导致火灾和人员伤亡，降低变流故障率，降低由于变流故障导致的发电量损失的一种igbt模组的改进方法。
7.为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种igbt模组的改进方法，包括以下步骤
8.步骤1：选择待改进变流器型号；
9.步骤2：对步骤1中变流器的igbt模组重新设计；
10.步骤3：对重设igbt模组后的变流器整体系统升级；
11.步骤4：对igbt模块的电容散热进行改进；
12.步骤5：对变流控制器升级；
13.步骤6：对改进后的变流器进行现场测试，测试完成后进行批量改造升级，投入使用。
14.作为改进，所述步骤1中选用国内常用的金风1.5mw freqcon变流器进行设计。
15.作为改进，所述步骤2中需具体分析igbt的原理及参数、静态特性，吸收电容与 igbt本体在开关测试中的特性分析，计算确定支撑电容容量，测试电容特性，包括充放电、绝缘、温升、容值等，确定选型及均压电阻匹配效果。
16.作为改进，所述步骤3中将变流器直流母排连接至igbt模组，在逆变单元交流侧添加 6只1000a快速熔断器，反馈信号互相串联接入主控，同时整体加装过压保护模块替换原单个igbt模组的过压保护板，过压保护模块检测直流母线电压超过阈值后对变流控制器进行自动复位。
17.作为改进，所述步骤4中电容改进包括在igbt模组整体冷却风扇前安装过滤网，更改进气格栅防止灰尘进入。
18.作为改进，所述步骤5中对变流控制器的升级具体为升级10*15pin背板，在控制线两端分别加装扼流磁环。
19.作为改进，对于变流器的改进还包括对其机侧、网侧断路器深度维护：清洁、润滑机构、触头检测、电气和机械附件功能检测、保护特性检测、执行机构检测。
20.作为改进，对现有变流控制器后背板10*15pin连接口进行改造开发，将10根igbt模组控制线缆两端分别添加扼流磁环，滤除干扰信号，设置igbt冷却风道进气格栅，减少灰尘进入设备内部覆盖电路板、电容，导致散热不佳，对环控系统进行防尘测试、温升测试。
21.作为改进，研究igbt的原理及参数时，通过试验研究其静态特性与开关特性，对其进行拆解，进行失效分析，开发完全防殉爆igbt模组，去除多余保护部件，避免产生非必要性故障。
22.作为改进，在gbt失效出现过流，快速熔断器有效切断网侧电压，同时报出“igbt熔断器反馈丢失”对变流系统进行整体保护。
23.本发明与现有技术相比的优点在于：通过对变流系统升级，重新设计igbt模组实现成本降低，去除原有的熔断器和过压保护板，由于单一igbt模组导致的故障率升高的问题可以得到有效改善。在逆变系统整体回路中，采用干路添加快速熔断器对总体igbt模组整体保护模式，避免因单一模组过压保护板或快速熔断器失效引起的停机问题。有效降低因模组内部出现问题而引起变流器故障的概率，各模组中的过压保护板被检测母线电压的过压保护模块所替代，变流保护程序与过压保护模块配合，实现精准、快速的保护的同时实现成本的降低。
24.对机组散热系统进行改造升级，新型的进气格栅有效滤除空气中的灰尘，有效避免元器件被灰尘覆盖导致局部温升较大，引发系统性故障。
25.控制器升级，电控信号传输平稳，扼流磁环有效滤除谐波、干扰等杂乱信号；机侧、网侧断路器深度维护，确保分合闸能力及运行的可靠性。
具体实施方式
26.下面对本发明做进一步的详细说明。
27.一种igbt模组的改进方法，包括以下步骤
28.步骤1：选择待改进变流器型号；
29.步骤2：对步骤1中变流器的igbt模组重新设计；
30.步骤3：对重设igbt模组后的变流器整体系统升级；
31.步骤4：对igbt模块的电容散热进行改进；
32.步骤5：对变流控制器升级；
33.步骤6：对改进后的变流器进行现场测试，测试完成后进行批量改造升级，投入使用。
34.所述步骤1中选用国内常用的金风1.5mw freqcon变流器进行设计，由于金风1.5mwfreqcon变流器已经先于同行业实现了国产化，不仅稳定性高而且备件成本低。随着运行时间的增长，也存在着过温、局部散热不佳、igbt老化失效、电路板老化等问题。目前看来，对金风1.5mw freqcon变流器进行重新的设计改造，实现降本增效的目的是迫在眉睫的，因此本发明选用金风1.5mw freqcon变流器进行重新的设计改造。
35.所述步骤2中需具体分析igbt的原理及参数、静态特性，吸收电容与igbt本体在开关测试中的特性分析，计算确定支撑电容容量，测试电容特性，包括充放电、绝缘、温升、容值等，确定选型及均压电阻匹配效果，原igbt模组内部的存在正负母线快速熔断器2 只，对模组本体进行过流保护。现在设计新型连接结构，将模组内2只快速熔断器取消，单台机组总共取消20只快速熔断器(igbt01-10)。在单模组中取消过压保护板，减少由于过压保护板失效而导致的机组停机。
36.所述步骤3中将变流器直流母排连接至igbt模组，在逆变单元交流侧添加6只1000a 快速熔断器，反馈信号互相串联接入主控，同时整体加装过压保护模块替换原单个igbt模组的过压保护板，过压保护模块检测直流母线电压超过阈值后对变流控制器进行自动复位，一旦发生igbt失效出现过流可以有效切断网侧电压，防止网侧断路器出现卡滞没能及时断开造成变流柜着火，报出“igbt熔断器反馈丢失”对变流系统进行整体保护。
37.所述步骤4中电容改进包括在igbt模组整体冷却风扇前安装过滤网，更改进气格栅防止灰尘进入，减轻灰尘覆盖元器件表面造成温升的影响。
38.所述步骤5中对变流控制器的升级具体为升级10*15pin背板，在控制线两端分别加装扼流磁环，滤除干扰，增加控制的稳定性。
39.对于变流器的改进还包括对其机侧、网侧断路器深度维护：清洁、润滑机构、触头检测、电气和机械附件功能检测、保护特性检测、执行机构检测，对现有变流控制器后背板 10*15pin连接口进行改造开发，将10根igbt模组控制线缆两端分别添加扼流磁环，滤除干扰信号，设置igbt冷却风道进气格栅，减少灰尘进入设备内部覆盖电路板、电容，导致散热不佳，对环控系统进行防尘测试、温升测试。
40.研究igbt的原理及参数时，通过试验研究其静态特性与开关特性，对其进行拆解，进行失效分析，开发完全防殉爆igbt模组，去除多余保护部件，避免产生非必要性故障。
41.在gbt失效出现过流，快速熔断器有效切断网侧电压，同时报出“igbt熔断器反馈丢失”对变流系统进行整体保护。
42.金风机组风冷变流器进过升级改造之后，提高了设备可靠性，延长了设备使用寿命、降低了设备故障率，减少发电量损失，从而提高风电场的经济效益。
43.igbt模组进行升级改造完，单一模组价格降低10％；
44.变流器运行稳定，总体故障时间保守估计降低20％，人员维护维修时间缩短；
45.故障频次降低25％，备件损耗率降低。
46.以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。