風(fēng)力發(fā)電系統的核心器件

　　越來(lái)越多的風(fēng)力發(fā)電系統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，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(wàn)臺，發(fā)電量占全球能源需求的2%。到2010年底，全球將新增1.2萬(wàn)臺風(fēng)力發(fā)電機，新增風(fēng)電裝機容量29GW。

　　由于對風(fēng)能的需求持續增長(cháng)，對制造風(fēng)力發(fā)電機所需的元器件的需求也在持續增長(cháng)。風(fēng)力發(fā)電機里先進(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(dòng)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，以及這些應用對器件提出了哪些標準。電容器應用包括DC-linking、IGBT緩沖器和交流濾波。電阻應用包括在電容器預充電和直流斬波，或是消弧觸發(fā)及電流檢測的時(shí)候進(jìn)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。

　　電阻

　　用在風(fēng)力發(fā)電機里的電阻包括預充電、斬波、消弧和交流濾波電阻。在開(kāi)關(guān)剛剛合上的時(shí)候，預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(xiàn)電阻是絕佳選擇。在10μH電感和690V直流電壓情況下，預充電電阻的脈沖能量通?？梢赃_到5J。

　　當斬波開(kāi)關(guān)導通時(shí)，斬波電阻會(huì )限制電流。斬波開(kāi)關(guān)通常工作在較高的開(kāi)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脈沖能量等級，即相當于高連續功率等級。由于開(kāi)關(guān)頻率高達數千赫茲，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)現這一點(diǎn)?？砂惭b在散熱片上的電阻能夠滿(mǎn)足應用對小尺寸、高功率等級，即對高功率密度的要求。電阻可以和斬波開(kāi)關(guān)安裝在同一個(gè)散熱片上。