用于風電系統(tǒng)的關(guān)鍵元件

全世界使用風能發(fā)電的系統(tǒng)數(shù)量正在增加。在2009年，全歐洲的風電裝機容量是75GW，比2008年增加了10GW；在美國，風電裝機容量是35GW，中國則是25GW，分別比2008年增長了10GW和14GW。在全世界范圍內(nèi)，風電裝機容量在2009年增加了38GW。全世界總計安裝了100 000臺風輪機，能滿足全球能量需求的2%。到2010年底，風電裝機容量將達到29GW，對應(yīng)增加了12 000臺風輪機。

隨著對風能的需求持續(xù)增長，對符合風輪機要求的元件的需求也在相應(yīng)增加。風輪機中的現(xiàn)代功率電子技術(shù)不僅限制了元器件數(shù)量，并要求電路能在極端溫度和振動的艱苦環(huán)境下保持20年的使用壽命。

在這篇文章中，我們將介紹用在風輪機和電網(wǎng)中的“大”電阻和電容的功能，以及在這些應(yīng)用對器件的要求。電容的應(yīng)用包括了直流鏈、IGBT緩沖器和交流濾波器件。電阻應(yīng)用包括了在電容加壓時的限流、直流斬波、短路器觸發(fā)和電流測量。用在風輪機控制電路中的小電容和電阻，不在本文討論范圍內(nèi)。

電阻
風輪機中的電阻包括了預充、斬波、短路器和交流濾波電阻。預充電阻能限制浪涌電流在開關(guān)開啟時進入直流鏈路電容。為了做到如此，該器件需要高單脈沖能量和高額定電壓。電阻的導抗也有助于限制浪涌電流。因此，繞線電阻是個最好的選擇。用于預充電阻的單脈沖能量通常為5J。

圖1 風輪機中的電阻

當斬波開關(guān)打開時，斬波電阻限制了電流。斬波器通常以非常高的頻率來控制直流電壓。因此，電阻必須能耐高壓和具有高額定可重復性脈沖能量（相當于高額定持續(xù)功率）。斬波電阻中必須有低寄生電感，因為要工作在千赫級別的高開關(guān)頻率下，這可以由薄膜技術(shù)來獲得。在小體積中獲得高額定功率的需求，由可安裝在散熱器件中的電阻來滿足。這個電阻能和斬波開關(guān)一樣被安裝在散熱系統(tǒng)中。

短路器電阻限制了電流和電壓，以防止低、高電壓通過。風輪機應(yīng)用對該器件的要求包括了高達4MJ的能量脈沖容量，10～100mΩ的電阻，1～20mW的額定功率，最大額定電流為10～20kA，典型失效周期為200ms。