風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的核心器件

　　越來越多的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在世界各地被投入使用。2009年，歐洲風(fēng)力發(fā)電的裝機容量達75GW，比2008年增加了10GW。美國在2009年的風(fēng)電裝機容量為35GW，中國的裝機容量達到25GW，分別比2008年增加了10GW和14GW。在全球范圍內(nèi)，2009年新增的風(fēng)電裝機容量高達38GW。世界上已安裝的風(fēng)力發(fā)電機達10萬臺，發(fā)電量占全球能源需求的2%。到2010年底，全球?qū)⑿略?.2萬臺風(fēng)力發(fā)電機，新增風(fēng)電裝機容量29GW。

　　由于對風(fēng)能的需求持續(xù)增長，對制造風(fēng)力發(fā)電機所需的元器件的需求也在持續(xù)增長。風(fēng)力發(fā)電機里先進的功率電子器件不但對元器件的極限性能提出更高的要求，而且要求元器件在惡劣環(huán)境下的壽命能夠達到20年，因為電路在這些環(huán)境中常常要經(jīng)受高溫和振動的考驗。

　　在本文中，我們將探究用在風(fēng)力發(fā)電機和電網(wǎng)中的“大”電阻和電容器的功能，以及這些應(yīng)用對器件提出了哪些標準。電容器應(yīng)用包括DC-linking、IGBT緩沖器和交流濾波。電阻應(yīng)用包括在電容器預(yù)充電和直流斬波，或是消弧觸發(fā)及電流檢測的時候進行限流。“小”電容器和電阻一般用在風(fēng)力發(fā)電機的控制電路里，不在本文的討論范圍內(nèi)。

　　電阻

　　用在風(fēng)力發(fā)電機里的電阻包括預(yù)充電、斬波、消弧和交流濾波電阻。在開關(guān)剛剛合上的時候，預(yù)充電電阻可以限制進入DC-link電容器里的涌入電流。完成這項工作要求電阻具有很高的單次脈沖能量和高電壓等級。電阻的電感也有助于限制涌入電流，因此繞線電阻是絕佳選擇。在10μH電感和690V直流電壓情況下，預(yù)充電電阻的脈沖能量通常可以達到5J。

　　當斬波開關(guān)導(dǎo)通時，斬波電阻會限制電流。斬波開關(guān)通常工作在較高的開關(guān)頻率下，用以控制直流電壓。因此，斬波電阻必須能承受高電壓和具有高重復(fù)脈沖能量等級，即相當于高連續(xù)功率等級。由于開關(guān)頻率高達數(shù)千赫茲，要求斬波電阻里的寄生電感必須較低，可以采用厚膜技術(shù)實現(xiàn)這一點?？砂惭b在散熱片上的電阻能夠滿足應(yīng)用對小尺寸、高功率等級，即對高功率密度的要求。電阻可以和斬波開關(guān)安裝在同一個散熱片上。