IGBT提高風力變流器性能

21世紀一大挑戰(zhàn)是控制全球變暖，以限制氣候變化的影響。這個目標只能通過在世紀的上半葉大幅減少溫室氣體排放來達成。2019年，能量和熱量生產是溫室效應最大的貢獻者，占全球排放量的近三分之一。

風力技術和清潔能源基礎設施

因此，實現(xiàn)清潔能源基礎設施，以減少這些貢獻是至關重要且緊迫的。風力技術是重要角色，并已經在領先地位。在過去20年中，風力轉子已經翻了三倍，它們的功率輸出也得到了極大的增強，很快將超過15MW的標記。因此，對高度先進的風力轉換器的需求和需要不斷增長。在惡劣的環(huán)境條件下運行，這些轉換器需要高可靠性和強度以確保其長壽命。更進一步，需要高功率密度以在限制機柜內部件數(shù)量的同時最大化功率輸出。此外，大規(guī)模生產能力對于滿足增長的需求至關重要。

利用風力轉換器中的IGBT模塊。它結合了先進的互連技術和優(yōu)化的芯片設計，提供了可靠性和高功率密度。

風力變流器系統(tǒng)趨勢

我們現(xiàn)在可以明顯地看到風力變流器系統(tǒng)朝著模塊化轉化堆棧設計和標準化的趨勢。這種方法支持在保持短開發(fā)周期的同時提高功率等級的需求。它也允許對具有更高功率等級的風力汽輪機使用相同的功率堆棧進行多次復用。然而，由于風力渦輪機輪艙的空間有限，可能無法增加機柜的數(shù)量。因此，需要改善個別堆棧的功率密度。

機側轉換器（MSC）和線側轉換器（LSC）在風力轉換系統(tǒng)中的電氣要求顯著不同，這又是另一個需要考慮的關鍵問題。尤其對于全額定轉換系統(tǒng)而言，由于來自發(fā)電機向直流電鏈路的功率流動，MSC中的二極管承受著最大的負荷。另一方面，LSC中，功率流向交流電網，使IGBT成為功率模塊中最受壓力的芯片。

鑒于這些不同的要求，一般需要應用兩種不同的電力模塊，以優(yōu)化每個模塊對發(fā)電機側和電網側轉換器的特殊需求。

風力變流器切換頻率

高切換頻率對風力應用有利，因為它可以降低發(fā)電機損失，并在變流器機柜中保持合理的濾波器尺寸。通常來說，切換頻率明顯高于具有類似功率等級的通用馬達驅動器。

在這個背景下，值得注意的是，在任何給定的 IGBT 技術中，總是存在切換損耗和導通損耗之間的權衡。在優(yōu)化的 IGBT 芯片中，這種權衡被修改用于支持更高的切換頻率，通過減少切換損耗而改變了權衡。由于LSC 和 MSC 都受到IGBT的高切換損耗的影響，這種權衡修改既適用于兩種模塊，也針對了兩種不同的轉換器位置做了適配。VCE,sat 的增長部分是通過額外的設計措施進行補償?shù)摹?/span>

電力半導體模塊周期性載荷應力的生命周期需求是風力系統(tǒng)的另一種典型設計參數(shù)。這種問題尤為重要，因為基本發(fā)電機頻率可能偏低，而風力渦輪機周圍的風力條件不斷變化。

文章提出的IGBT模塊是設計針對風力應用的，但如果在其它設計方案中也需要采用IGBT模塊，或者其他需要定期進行單向功率流的高功率應用也可以參考。例如，在驅動應用中，高切換頻率對于減少馬達損失有益。同樣，要注意IGBT模塊也可以優(yōu)化用于支持高切換速度。此外，用于馬達應用的活動電網轉換器或電解器應用也可能從 IGBT中的大二極管獲益。