赛米控的 IGBT 模块是风力涡轮机 (WT) 电力电子的关键部件。创新的安装与连接理念实现良好的温度和负载循环稳定性,以及优秀的可靠性和耐久性。智能功率模块系列 SKiiP3 和 SKiiP4 包含集成驱动,监控和保护,以及冷却功能。赛米控利用这些模块,制造出具有很高的功率密度且易于使用的出色产品。在电力电子 SEMISTACK 子系统中,赛米控将 SkiiP 与直流母线电容和低电感母线结合,实现全部功率输出级,随时可以安装。

当今的风力涡轮机都有很高输出功率(2MW 以上),因此 IGBT 模块的水冷就很普遍。功率半导体面临的一个独特挑战是需要应对特定时间段内的电网故障(不脱网运行),这是电网运营者对风力涡轮机提出的特性要求。特别是带有双馈异步发电机的风力涡轮机,IGBT 和续流二极管必须能够应对这种情况下的高峰电流和电压。

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带同步发电机的风力涡轮机

带全功率变流器的同步发电机频繁使用于风力涡轮机中。它能在不脱网运行期间轻松支持电网。系统可以直接被控制,以 50 或 60Hz 的电源频率提供最佳同步,可补偿谐波无功功率,并生成位移无功功率。此外还可制造有大量极点 (>50) 的同步发电机,这样动力系统就不再需要齿轮;从历史上来看,齿轮损坏是造成故障经常发生的最主要原因之一。

带异步发电机的风力涡轮机

特性与带同步发电机的风力涡轮机相似。与同步发电机相比,异步发电机价格更低,重量更轻,但是另一方面,效率却较差。

配置有双馈异步发电机的风力涡轮机方框图

带双馈异步发电机的风力涡轮机

迄今为止,全世界已安装并受控制的风力涡轮机中有大约 80% 采用双馈异步发电机,它通过变流器由转子电流控制。这种解决方案的优势在于大部分电流不经过转换直接输入电网,变流器只需要调节大约 1/3 的电厂输出。然而,滑环接触是它的一个劣势。需要定期维护,对最小和最大速度都有限制(70-130%),以及上面提到的不脱网运行状况。

配置有二象限完全逆变器的风力涡轮机方框图

二象限全功率变流器拓扑结构

用于永磁或励磁同步发电机的二象限全功率变流器,代表了价格合理且高效的同步发电机变流器拓扑结构。因为在发电机侧使用简单整流器,系统只需要更少的 IGBT 模块和相应的控制单元。劣势包括因需要感应电流而增加的机器损耗,不可控整流器引起的谐波。

配置有四象限全逆变器的风力涡轮机方框图

四象限全功率变流器拓扑结构

四象限全功率变流器现在已成为风力涡轮机领域应用最广泛的拓扑结构。这一拓扑结构——尽管尺寸不同——但都有可用于所有上述三种发电机。四象限变流器可实现最少机器损耗和最大控制范围。通过发电机电流的无功功率控制,可以在一个宽广的速度范围内相对高效地利用发电机。如有必要,即使是在低风速条件下,也可实现全部无功功率。

用于风力发电厂的赛米控产品