風(fēng)電，將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能，正是新能源應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域。經(jīng)過近百年的發(fā)展，現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，從塔筒高度，葉輪直徑，輸出功率，控制復(fù)雜度都在不斷創(chuàng)造新的記錄，僅國(guó)內(nèi)最新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸出功率可達(dá)10MW，塔筒高度可達(dá)115米，葉輪直徑可達(dá)185米。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的所處環(huán)境，也在不斷的擴(kuò)展。在陸上的風(fēng)電場(chǎng)，國(guó)內(nèi)最高的海拔到了4700米，而海上的風(fēng)電場(chǎng)，國(guó)內(nèi)最遠(yuǎn)的風(fēng)電場(chǎng)，離岸的直線距離為48千米。

風(fēng)機(jī)的功率和尺寸不斷增大，應(yīng)用場(chǎng)景不斷擴(kuò)展，對(duì)于風(fēng)機(jī)在風(fēng)速變化下的適應(yīng)性，以及極端條件下風(fēng)機(jī)的安全性，提出了更高的要求。而這正是風(fēng)機(jī)變槳控制的拿手好戲。變槳控制，即采用機(jī)械液壓或者電動(dòng)伺服的方式，控制風(fēng)機(jī)槳葉的旋轉(zhuǎn)，來調(diào)節(jié)槳葉的節(jié)距角，改變氣流對(duì)槳葉的攻角，進(jìn)而控制風(fēng)機(jī)槳葉捕獲的氣動(dòng)轉(zhuǎn)矩和氣動(dòng)功率。

來自CCTV

變槳控制原理

以葉片的旋轉(zhuǎn)面為參考面，當(dāng)葉片與該面的角度及槳距角為0時(shí)，葉片捕獲的風(fēng)能最大，此時(shí)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率也最大，當(dāng)葉片與該面的角度及槳距角為90時(shí)，葉片的阻力最大，使得風(fēng)機(jī)停機(jī)，這在一些極端天氣里，對(duì)整個(gè)風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行至關(guān)重要。

電動(dòng)變槳因?yàn)檫\(yùn)行維護(hù)方便，成本低，控制響應(yīng)高，在風(fēng)電中采用的越來越多。電動(dòng)變槳采用電動(dòng)伺服控制器驅(qū)動(dòng)變槳電機(jī)，變槳電機(jī)驅(qū)動(dòng)小齒輪，小齒輪再驅(qū)動(dòng)槳葉的變槳軸承，從而實(shí)現(xiàn)葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)。

電動(dòng)變槳示意圖，來自易福門電子官網(wǎng)

變槳控制的要求

變槳控制的驅(qū)動(dòng)器可靠性，環(huán)境適應(yīng)性的要求很高，因?yàn)橐粋€(gè)變槳驅(qū)動(dòng)器出現(xiàn)故障，輕則造成風(fēng)機(jī)停機(jī)，重則危及整個(gè)塔筒的安全，即使最小的維修，其停機(jī)的發(fā)電損失，以及巨額的維修費(fèi)用也會(huì)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。從下表可以看出變槳驅(qū)動(dòng)器的極高的可靠性，環(huán)境適應(yīng)性，安全性的要求。例如，典型工業(yè)伺服驅(qū)動(dòng)器的工作環(huán)境溫度只到45°C，45°C以上需要降額，而變槳控制驅(qū)動(dòng)器的工作溫度最高可達(dá)70°C，另外對(duì)于振動(dòng)要求，典型工業(yè)伺服驅(qū)動(dòng)器的振動(dòng)依據(jù)頻率范圍在0.5g到1g之間，低頻20HZ以下1g，20Hz~50Hz之間0.5g或者0.6g，而變槳控制驅(qū)動(dòng)器可達(dá)2g，另外變槳控制驅(qū)動(dòng)器會(huì)需要通過低電壓穿越測(cè)試，高電壓穿越測(cè)試，以及考慮設(shè)計(jì)/制造失效模式影響分析等等。

變槳控制驅(qū)動(dòng)器與工業(yè)伺服驅(qū)動(dòng)器可靠性比較表

英飛凌作為首屈一指的功率半導(dǎo)體供應(yīng)商，自然也是風(fēng)電變槳系統(tǒng)的主要電力電子方案的供應(yīng)商，與全球變槳產(chǎn)品的廠商都有相應(yīng)的合作，其中戰(zhàn)略合作伙伴深圳市匯川技術(shù)股份有限公司（以下簡(jiǎn)稱匯川技術(shù)）推出的PD800/802系列變槳驅(qū)動(dòng)器，已經(jīng)累計(jì)發(fā)貨超過15000臺(tái)，服務(wù)于全國(guó)各地160多個(gè)風(fēng)場(chǎng)，以其高安全性，高可靠性，高集成度受到了多數(shù)風(fēng)電主機(jī)廠和系統(tǒng)集成商客戶的稱贊。

匯川技術(shù)PD800/802系列變槳驅(qū)動(dòng)器

變槳控制中的IGBT模塊的特點(diǎn)：

匯川技術(shù)的PD800/802系列變槳驅(qū)動(dòng)器中，都采用了英飛凌的Econo3封裝的模塊，如下圖的右側(cè)圖所示。

Econo2封裝

Econo3封裝

Econo系列的模塊，包括Econo2和Econo3兩種封裝，支持多種拓?fù)湫问剑ǎ?/p>

整流橋，剎車，逆變橋一體化的EconoPIM

僅整流橋（二極管，晶閘管）的EconoBRIDGE

僅逆變橋（三相）的EconoPACK

三電平拓?fù)?/p>

Econo系列的模塊，也能適配從650V~1700V電壓等級(jí)的不同系列的IGBT和Diode芯片，針對(duì)整流二極管和晶閘管，可以適配高達(dá)2.2kV的芯片。

英飛凌的Econo3系列IGBT模塊，作為英飛凌最經(jīng)典的Econo的封裝之一，因?yàn)閹в秀~基板，過載能力強(qiáng)，具備高可靠性和長(zhǎng)壽命特點(diǎn)；功率和驅(qū)動(dòng)端子分列排布，具有易用性特點(diǎn)；同封裝具備整流橋和逆變橋拓?fù)洌y(tǒng)一模塊高度，方便安裝，助力風(fēng)電變槳驅(qū)動(dòng)器的發(fā)展，而Econo系列模塊也集成了最新一代的IGBT7芯片，進(jìn)一步擴(kuò)展風(fēng)電變槳驅(qū)動(dòng)器的功率空間。

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：小幫手解決大問題——風(fēng)電中的變槳控制

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