高海拔环境条件对风电机组变流器的影响

　　变流器系统的正常运行，离不开辅助电源的稳定工作。如果电源不正常，则变流器的控制功能不能执行，功率器件的驱动电路不能正常工作，各种保护系统也不能稳定可靠地运行。
　　现在变流器使用的电源，多为专业电源制造商提供的模块电源，可靠性高，运行稳定。高海拔地区的空气稀薄，影响模块电源的散热，电源输出能力需要降容。
　　对于400V/230V 输入、24V 输出的模块电源，输出电流在10A 以下，在4000m 海拔使用时，一些厂家建议电源输出能力需降至原来的80% ；输出能力在10A 到20A 的，一些厂家建议电源输出能力需降至原来的75% ；而输出能力在20A 以上的，一些厂家则建议电源输出能力需降至原来的70%。对于高输入电压的电源，在高海拔使用时，还需要降低其输入电压。
　　变流器电源的可靠稳定运行是变流器可靠稳定运行的前提，在高海拔使用时，需要对电源的输出能力进行校核，按照厂家指导进行降容，必要时，选择容量更大、输入电压更高的电源。
　　3.3 电抗器
　　电抗器具有铜损和铁损，是发热量大的部件，常常需要强迫风冷或水冷。兆瓦级风电机组的电抗器由于功率较大，较重，不易更换，因此对可靠性要求特别高。在高海拔地区空气稀薄，致使其散热性能降低。参考国标《1094.11 电力变压器 第11 部分 干式变压器》，海拔每升高1000m，干式变压器类产品的温升限值需要降低10% ；国外的电抗器类产品使用说明中，也明确提到，海拔每升高1000m，需要降容10%（例如ABB 出品的电抗器FOCH0610-70）。
　　高海拔地区，电抗器需要降容使用的症结在于散热性能降低，如果通过加强散热，电抗器就不需降容使用。
　　电抗器在高海拔地区使用时，应根据实际海拔高度，在不改变散热条件的情况下，按照海拔每升高1000m，降容10% 的标准来进行降容使用；如果电抗器周围环境温度超过使用规定（一般为50℃），也可以通过加强电抗器的散热，使其在不降容的情况下，安全稳定地工作。通常从电抗器使用寿命角度考虑，工作温升小于设计的绝缘等级以下10℃左右，一般情况下不需要降容使用。
　　3.4 散热风扇
　　高海拔地区空气稀薄，风扇在同样转速下，所产生的散热效果下降，风对风扇的阻力变小，因此，风扇的转速会有所增加。
　　通过散热风扇厂家的多次试验，发现风扇转速随海拔升高而增加，但增加不明显（4000m 海拔下的转速相对于1000m 海拔下的转速，只增加了约7%），而散热能力下降的幅度却很大。通过多次联合试验，发现在4000m 海拔情况下，相对于1000m 海拔下的散热能力，同样风扇在同样的电压下，散热能力下降了近30%。
　　因此，在高海拔使用时，为了产生同样的冷却量，风扇的风量需要大幅增加，其增加的幅度应该根据环境温度和海拔高度而定，海拔高度每升高1000 米，风扇风量至少增加10%。
　　4 高海拔对半导体功率器件的影响
　　20 世纪90 年代初，功率器件的一种失效模式逐渐清晰起来，这种失效模式影响各种功率器件，如整流管、晶闸管、GTO、IGCT、IGBT, 这种失效模式就是宇宙射线失效模式。宇宙射线的失效率与器件工作的海拔高度密切相关，其引起的失效率随海拔的升高而迅速增大。对于该失效模式，ABB 公司给出了符合统计学规律的数学表达式：λ 的单位为FIT（1FIT 表示平均1×109 元件小时，有1 次失效），C1、C2、C3 是与功率器件强烈相关的参数，主要由器件本身决定，而VDC 则是器件工作的直流电压，当器件工作电压低于C1 时，认为由于宇宙射线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，则相同情况下，宇宙射线引起器件失效的几率越大；Tvj 表示器件工作的结温。通过该表达式，可以计算出，在4000m海拔高度时，同样电压下，单个功率器件的宇宙射线失效率增加了16 倍。