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(jī)容量達(dá)75GW，比2008年增加了10GW。美國在2009年的風(fēng)電裝機(jī)容量為35GW，中國的裝機(jī)容量達(dá)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(jī)容量高達(dá)38GW。世界上已安裝的風(fēng)力發(fā)電機(jī)達(dá)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(jī)，新增風(fēng)電裝機(jī)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(jī)所需的元器件的需求也在持續(xù)增長。風(fēng)力發(fā)電機(jī)里先進(jìn)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(dá)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)。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(jìn)行限流。“小”電容器和電阻一般用在風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(jī)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(jìn)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?？梢赃_(dá)到5J。

　　當(dāng)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(dāng)于高連續(xù)功率等級。由于開關(guān)頻率高達(dá)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(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)?？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。