風力發(fā)電系統(tǒng)的核心器件

　　越來越多的風力發(fā)電系統(tǒng)在世界各地被投入使用。2009年，歐洲風力發(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年新增的風電裝機容量高達38GW。世界上已安裝的風力發(fā)電機達10萬臺，發(fā)電量占全球能源需求的2%。到2010年底，全球將新增1.2萬臺風力發(fā)電機，新增風電裝機容量29GW。

　　由于對風能的需求持續(xù)增長，對制造風力發(fā)電機所需的元器件的需求也在持續(xù)增長。風力發(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)境中常常要經受高溫和振動的考驗。

　　在本文中，我們將探究用在風力發(fā)電機和電網中的“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)及電流檢測的時候進行限流。“小”電容器和電阻一般用在風力發(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。在開關剛剛合上的時候，預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，預充電電阻的脈沖能量通常可以達到5J。

　　當斬波開關導通時，斬波電阻會限制電流。斬波開關通常工作在較高的開關頻率下，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(xù)功率等級。由于開關頻率高達數千赫茲，要求斬波電阻里的寄生電感必須較低，可以采用厚膜技術實現(xiàn)這一點。可安裝在散熱片上的電阻能夠滿足應用對小尺寸、高功率等級，即對高功率密度的要求。電阻可以和斬波開關安裝在同一個散熱片上。