高海拔環(huán)境條件對風電機組變流器的影響

　　變流器系統(tǒng)的正常運行，離不開輔助電源的穩(wěn)定工作。如果電源不正常，則變流器的控制功能不能執(zhí)行，功率器件的驅動電路不能正常工作，各種保護系統(tǒng)也不能穩(wěn)定可靠地運行。
　　現(xiàn)在變流器使用的電源，多為專業(yè)電源制造商提供的模塊電源，可靠性高，運行穩(wěn)定。高海拔地區(qū)的空氣稀薄，影響模塊電源的散熱，電源輸出能力需要降容。
　　對于400V/230V 輸入、24V 輸出的模塊電源，輸出電流在10A 以下，在4000m 海拔使用時，一些廠家建議電源輸出能力需降至原來的80% ；輸出能力在10A 到20A 的，一些廠家建議電源輸出能力需降至原來的75% ；而輸出能力在20A 以上的，一些廠家則建議電源輸出能力需降至原來的70%。對于高輸入電壓的電源，在高海拔使用時，還需要降低其輸入電壓。
　　變流器電源的可靠穩(wěn)定運行是變流器可靠穩(wěn)定運行的前提，在高海拔使用時，需要對電源的輸出能力進行校核，按照廠家指導進行降容，必要時，選擇容量更大、輸入電壓更高的電源。
　　3.3 電抗器
　　電抗器具有銅損和鐵損，是發(fā)熱量大的部件，常常需要強迫風冷或水冷。兆瓦級風電機組的電抗器由于功率較大，較重，不易更換，因此對可靠性要求特別高。在高海拔地區(qū)空氣稀薄，致使其散熱性能降低。參考國標《1094.11 電力變壓器 第11 部分 干式變壓器》，海拔每升高1000m，干式變壓器類產品的溫升限值需要降低10% ；國外的電抗器類產品使用說明中，也明確提到，海拔每升高1000m，需要降容10%（例如ABB 出品的電抗器FOCH0610-70）。
　　高海拔地區(qū)，電抗器需要降容使用的癥結在于散熱性能降低，如果通過加強散熱，電抗器就不需降容使用。
　　電抗器在高海拔地區(qū)使用時，應根據(jù)實際海拔高度，在不改變散熱條件的情況下，按照海拔每升高1000m，降容10% 的標準來進行降容使用；如果電抗器周圍環(huán)境溫度超過使用規(guī)定（一般為50℃），也可以通過加強電抗器的散熱，使其在不降容的情況下，安全穩(wěn)定地工作。通常從電抗器使用壽命角度考慮，工作溫升小于設計的絕緣等級以下10℃左右，一般情況下不需要降容使用。
　　3.4 散熱風扇
　　高海拔地區(qū)空氣稀薄，風扇在同樣轉速下，所產生的散熱效果下降，風對風扇的阻力變小，因此，風扇的轉速會有所增加。
　　通過散熱風扇廠家的多次試驗，發(fā)現(xiàn)風扇轉速隨海拔升高而增加，但增加不明顯（4000m 海拔下的轉速相對于1000m 海拔下的轉速，只增加了約7%），而散熱能力下降的幅度卻很大。通過多次聯(lián)合試驗，發(fā)現(xiàn)在4000m 海拔情況下，相對于1000m 海拔下的散熱能力，同樣風扇在同樣的電壓下，散熱能力下降了近30%。
　　因此，在高海拔使用時，為了產生同樣的冷卻量，風扇的風量需要大幅增加，其增加的幅度應該根據(jù)環(huán)境溫度和海拔高度而定，海拔高度每升高1000 米，風扇風量至少增加10%。
　　4 高海拔對半導體功率器件的影響
　　20 世紀90 年代初，功率器件的一種失效模式逐漸清晰起來，這種失效模式影響各種功率器件，如整流管、晶閘管、GTO、IGCT、IGBT, 這種失效模式就是宇宙射線失效模式。宇宙射線的失效率與器件工作的海拔高度密切相關，其引起的失效率隨海拔的升高而迅速增大。對于該失效模式，ABB 公司給出了符合統(tǒng)計學規(guī)律的數(shù)學表達式：λ 的單位為FIT（1FIT 表示平均1×109 元件小時，有1 次失效），C1、C2、C3 是與功率器件強烈相關的參數(shù)，主要由器件本身決定，而VDC 則是器件工作的直流電壓，當器件工作電壓低于C1 時，認為由于宇宙射線造成的失效率可以忽略；h 表示器件工作位置的海拔高度，海拔高度越高，則相同情況下，宇宙射線引起器件失效的幾率越大；Tvj 表示器件工作的結溫。通過該表達式，可以計算出，在4000m海拔高度時，同樣電壓下，單個功率器件的宇宙射線失效率增加了16 倍。