变流器是光伏发电系统的核心组件,也是最脆弱的组件。近年来,随着光伏发电成本的不断降低,太阳能并网发电系统的总装机容量也显著增加,其可靠性对电力系统的影响也越来越大。现有研究表明,光伏发电系统故障主要来自于并网逆变器故障。功率器件作为变流器的核心模块,最容易发生故障。寿命预测是可靠性研究中的重要内容,对光伏发电系统设计及维护具有重要的作用。因此,有必要开展光伏发电系统可靠性相关内容研究,以提升光伏发电系统安全性以及支撑光伏发电系统运行维护。论文主要围绕光伏并网系统中变流器功率模块寿命预测方法及其相关内容展开研究,具体工作内容如下:分析了光伏电池建模及其模型参数对系统输出特性的影响,给出了一种光伏电池输出功率和电压的工程模型,并在MATLAB/Simulink中建立了该工程模型,仿真和实验验证了工程模型有效性。同时,仿真研究了光照强度及温度对光伏电池输出的影响。进而,基于该工程模型,提出一种适用于光伏发电系统长时间尺度数据(如一年数据)的光伏输出功率及电压的快速计算方法,并验证其快速性及有效性。在用于光伏变流器中IGBT模块可靠性评估时,该方法能有效减少长时间尺度工况下的最大输出功率和电压的仿真工作量,避免了采用电路模型仿真速度慢、时间长的缺点。结温是功率器件可靠性及寿命预测的关键物理量。基于上述光伏输出快速算法和光伏发电工况,研究了光伏变流器功率器件损耗计算和热电耦合模型,构建了考虑模块的自热效应及老化过程的热网络模型,并定量分析了自热效应及老化过程对该模块结温的影响,以及工况下功率模块的结温载荷波动历程。选择型号为Infineon公司的FF300R07ME4＿B11的IGBT模块作为研究对象,在MATLAB/Simulink中搭建模块的损耗模型及热网络模型,仿真分析了光照强度、环境温度及天气情况等因素对IGBT模块结温的影响。基于失效物理模型和损伤线性累积原理,提出了考虑光伏实际工况和器件疲劳累积的功率器件寿命预测方法。采用雨流计数法,分析了结温应力序列多尺度统计特性,进而利用损伤累积可得功率器件寿命评估结果。以澳大利亚爱丽斯斯普林斯(Alice Springs)一年光照强度及温度数据为案例进行寿命评估,将结温波动按照时间尺度分为基频结温、低频结温、超低频结温三种,实现了考虑三种尺度结温波动的综合寿命评估。评估结果表明,光伏逆变器中IGBT模块寿命消耗主要来源于基频结温波动,且热阻自热、老化进程对寿命消耗影响较大。与现有研究成果比较,文中评估结果更接近实际效果。