英飛凌目前除了為風電市場提供 IGBT 產(chǎn)品外，還提供功能完善的逆變器系統(tǒng)功率元件，包括 IGBT 模塊、驅動保護、濾波電容、直流總線、散熱器等，客戶只要設計控制板就可以完成一個完整逆變器的開發(fā)工作。陳子穎說：“我們已成功地把這一產(chǎn)品引進到中國，使國內(nèi)風電廠商自主逆變器的開發(fā)速度大大提高，從而幫助他們解決了風電供應鏈上最大的瓶頸問題。未來我們會致力于加強 IGBT 模塊在風電市場中的推廣和技術支持工作，幫助國內(nèi)變流器廠商開發(fā)出基于 IGBT 模塊的高可靠性、低成本產(chǎn)品。”

      但對于超大功率風機，我們一般需要使用晶閘管來作為逆變器的功率元件，因為工作在非常大功率的風電機通常含有很多儲存的電能。不管它們是儲存在電容庫還是馬達/變壓器繞組上，這一電能都可能是極具破壞性的，并給系統(tǒng)帶來了一個很大的技術難題。與 IGBT 或其它解決方案相比，晶閘管具有極高的電流浪涌額度和更高的熱質量。對于一些主要設計目標不是效率而是魯棒性和長壽命的風電機來說，晶閘管可能是最好的技術選擇。

      上述儲存在電容庫和繞組中的電能在緊急情況下必須放掉。這些放電應用會在電路中的任一電能存儲位置上形成一個受控短路。在這些應用中一般不采用 IGBT，因為 IGBT 的抗浪涌電流額度值不高和成本太貴。而晶閘管具有極高的電流浪涌額定值，因此它在任一要求葉片以最佳發(fā)電速度旋轉的“軟啟動”應用中仍受青睞。

       并網(wǎng)同步晶閘管選擇

      不少風電系統(tǒng)還在使用晶閘管實現(xiàn)逆變器輸出交流電與電網(wǎng)交流電的同步。由于電網(wǎng)交流電的頻率并不高，因此我們一般選擇相位控制晶閘管而不是快速開關晶閘管。

      Bradley Green 示：“晶閘管的設計簡單地對應工作的頻率。今天，快速開關晶閘管主要用于 5-10 KHz 應用，針對 50 ～ 100 Hz應用的相位控制晶閘管具有更好的電流浪涌額度，這常常比更高的開關速度更吸引人。”

      Westcode 目前已針對大功率風電應用開發(fā)出新的 6500 V 相位控制晶閘管。針對低正向傳導損耗進行優(yōu)化設計的該新器件，具有 1695 A 的標稱 RMS 額定電流和 10.5 kA 的浪涌電流額定值。該晶閘管采用 47 mm 極面密封壓接封裝，使用了 Westcode 先進無合金工藝。

      當與相同電壓級別的類似器件比較時，為得到非常低的導通態(tài)電壓而優(yōu)化設計的該相位控制晶閘管在 1000 A 電流流過時的正向壓降只有 2 V。

      防雷元件選擇

      安裝在野外的風力發(fā)電系統(tǒng)必須安裝防雷系統(tǒng)。雷擊會產(chǎn)生瞬間的過電壓，即在微秒至毫秒內(nèi)會產(chǎn)生高達 6 KV 的尖峰沖擊電壓。當雷擊發(fā)生時，強大的電流會通過各種途徑間接或直接地侵入機房設備使其損壞。據(jù)測定雷電電流可達 20 萬安培，既使是造成直接危害的二次感應電流也達 l 萬安培。因此風力發(fā)電系統(tǒng)必須采用合適的防過壓和過流元件來抵抗雷電的沖擊。

      風力發(fā)電系統(tǒng)需要進行不同等級防雷保護的基本組件有：風力渦輪機、逆變器、控制風力渦輪機葉片間距和方位的電機、以及用于監(jiān)測和控制的低電壓電路板。

      Littelfuse 公司業(yè)務和技術開發(fā)經(jīng)理 Jim Colby 指出：“風力渦輪機遭受雷擊的風險很高，因此需要可靠的防雷保護。這可以采用能抵抗幾千安培浪涌電流沖擊的金屬氧化物壓敏電阻 ( MOV ) 來達到保護目的。這些 MOV 可以制造成 34 mm 或更大的盤，從而可以耗散大量浪涌能量。”

      理論上，可以采用兩類過壓保護元件(即鉗位元件和開關元件)為風電應用提供過壓保護。鉗位元件有 MOV 和 TVS 二極管，它們可在工作時允許小于規(guī)定鉗位水平的電壓通過負載。開關元件主要有氣體放電管( GDT )和晶閘管浪涌電壓抑制器，它們對超過突破電壓的浪涌所作出的反應與分流元件相同。