英飛凌目前除了為風(fēng)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(qū)動(dòng)保護(hù)、濾波電容、直流總線、散熱器等，客戶只要設(shè)計(jì)控制板就可以完成一個(gè)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(jìn)到中國，使國內(nèi)風(fēng)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(fēng)電供應(yīng)鏈上最大的瓶頸問題。未來我們會(huì)致力于加強(qiáng) IGBT 模塊在風(fēng)電市場中的推廣和技術(shù)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(duì)于超大功率風(fēng)機(jī)，我們一般需要使用晶閘管來作為逆變器的功率元件，因?yàn)楣ぷ髟诜浅４蠊β实娘L(fēng)電機(jī)通常含有很多儲(chǔ)存的電能。不管它們是儲(chǔ)存在電容庫還是馬達(dá)/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(gè)很大的技術(shù)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(zhì)量。對(duì)于一些主要設(shè)計(jì)目標(biāo)不是效率而是魯棒性和長壽命的風(fēng)電機(jī)來說，晶閘管可能是最好的技術(shù)選擇。

      上述儲(chǔ)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(yīng)用會(huì)在電路中的任一電能存儲(chǔ)位置上形成一個(gè)受控短路。在這些應(yīng)用中一般不采用 IGBT，因?yàn)?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(zhuǎn)的“軟啟動(dòng)”應(yīng)用中仍受青睞。

       并網(wǎng)同步晶閘管選擇

      不少風(fēng)電系統(tǒng)還在使用晶閘管實(shí)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(guān)晶閘管。

      Bradley Green 示：“晶閘管的設(shè)計(jì)簡單地對(duì)應(yīng)工作的頻率。今天，快速開關(guān)晶閘管主要用于 5-10 KHz 應(yīng)用，針對(duì) 50 ～ 100 Hz應(yīng)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(guān)速度更吸引人。”

      Westcode 目前已針對(duì)大功率風(fēng)電應(yīng)用開發(fā)出新的 6500 V 相位控制晶閘管。針對(duì)低正向傳導(dǎo)損耗進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的該新器件，具有 1695 A 的標(biāo)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(jìn)無合金工藝。

      當(dāng)與相同電壓級(jí)別的類似器件比較時(shí)，為得到非常低的導(dǎo)通態(tài)電壓而優(yōu)化設(shè)計(jì)的該相位控制晶閘管在 1000 A 電流流過時(shí)的正向壓降只有 2 V。

      防雷元件選擇

      安裝在野外的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)必須安裝防雷系統(tǒng)。雷擊會(huì)產(chǎn)生瞬間的過電壓，即在微秒至毫秒內(nèi)會(huì)產(chǎn)生高達(dá) 6 KV 的尖峰沖擊電壓。當(dāng)雷擊發(fā)生時(shí)，強(qiáng)大的電流會(huì)通過各種途徑間接或直接地侵入機(jī)房設(shè)備使其損壞。據(jù)測定雷電電流可達(dá) 20 萬安培，既使是造成直接危害的二次感應(yīng)電流也達(dá) l 萬安培。因此風(fēng)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(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)需要進(jìn)行不同等級(jí)防雷保護(hù)的基本組件有：風(fēng)力渦輪機(jī)、逆變器、控制風(fēng)力渦輪機(jī)葉片間距和方位的電機(jī)、以及用于監(jiān)測和控制的低電壓電路板。

      Littelfuse 公司業(yè)務(wù)和技術(shù)開發(fā)經(jīng)理 Jim Colby 指出：“風(fēng)力渦輪機(jī)遭受雷擊的風(fēng)險(xiǎn)很高，因此需要可靠的防雷保護(hù)。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(dá)到保護(hù)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(hù)元件(即鉗位元件和開關(guān)元件)為風(fēng)電應(yīng)用提供過壓保護(hù)。鉗位元件有 MOV 和 TVS 二極管，它們可在工作時(shí)允許小于規(guī)定鉗位水平的電壓通過負(fù)載。開關(guān)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(duì)超過突破電壓的浪涌所作出的反應(yīng)與分流元件相同。