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IGBT提高風(fēng)力變流器性能

深圳市浮思特科技有限公司 ? 2024-01-09 14:52 ? 次閱讀
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21世紀(jì)一大挑戰(zhàn)是控制全球變暖,以限制氣候變化的影響。這個(gè)目標(biāo)只能通過(guò)在世紀(jì)的上半葉大幅減少溫室氣體排放來(lái)達(dá)成。2019年,能量和熱量生產(chǎn)是溫室效應(yīng)最大的貢獻(xiàn)者,占全球排放量的近三分之一。

風(fēng)力技術(shù)和清潔能源基礎(chǔ)設(shè)施

因此,實(shí)現(xiàn)清潔能源基礎(chǔ)設(shè)施,以減少這些貢獻(xiàn)是至關(guān)重要且緊迫的。風(fēng)力技術(shù)是重要角色,并已經(jīng)在領(lǐng)先地位。在過(guò)去20年中,風(fēng)力轉(zhuǎn)子已經(jīng)翻了三倍,它們的功率輸出也得到了極大的增強(qiáng),很快將超過(guò)15MW的標(biāo)記。因此,對(duì)高度先進(jìn)的風(fēng)力轉(zhuǎn)換器的需求和需要不斷增長(zhǎng)。在惡劣的環(huán)境條件下運(yùn)行,這些轉(zhuǎn)換器需要高可靠性和強(qiáng)度以確保其長(zhǎng)壽命。更進(jìn)一步,需要高功率密度以在限制機(jī)柜內(nèi)部件數(shù)量的同時(shí)最大化功率輸出。此外,大規(guī)模生產(chǎn)能力對(duì)于滿足增長(zhǎng)的需求至關(guān)重要。

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利用風(fēng)力轉(zhuǎn)換器中的IGBT模塊。它結(jié)合了先進(jìn)的互連技術(shù)和優(yōu)化的芯片設(shè)計(jì),提供了可靠性和高功率密度。

風(fēng)力變流器系統(tǒng)趨勢(shì)

我們現(xiàn)在可以明顯地看到風(fēng)力變流器系統(tǒng)朝著模塊化轉(zhuǎn)化堆棧設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)化的趨勢(shì)。這種方法支持在保持短開(kāi)發(fā)周期的同時(shí)提高功率等級(jí)的需求。它也允許對(duì)具有更高功率等級(jí)的風(fēng)力汽輪機(jī)使用相同的功率堆棧進(jìn)行多次復(fù)用。然而,由于風(fēng)力渦輪機(jī)輪艙的空間有限,可能無(wú)法增加機(jī)柜的數(shù)量。因此,需要改善個(gè)別堆棧的功率密度。

機(jī)側(cè)轉(zhuǎn)換器(MSC)和線側(cè)轉(zhuǎn)換器(LSC)在風(fēng)力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的電氣要求顯著不同,這又是另一個(gè)需要考慮的關(guān)鍵問(wèn)題。尤其對(duì)于全額定轉(zhuǎn)換系統(tǒng)而言,由于來(lái)自發(fā)電機(jī)向直流電鏈路的功率流動(dòng),MSC中的二極管承受著最大的負(fù)荷。另一方面,LSC中,功率流向交流電網(wǎng),使IGBT成為功率模塊中最受壓力的芯片。

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鑒于這些不同的要求,一般需要應(yīng)用兩種不同的電力模塊,以優(yōu)化每個(gè)模塊對(duì)發(fā)電機(jī)側(cè)和電網(wǎng)側(cè)轉(zhuǎn)換器的特殊需求。

風(fēng)力變流器切換頻率

高切換頻率對(duì)風(fēng)力應(yīng)用有利,因?yàn)樗梢越档桶l(fā)電機(jī)損失,并在變流器機(jī)柜中保持合理的濾波器尺寸。通常來(lái)說(shuō),切換頻率明顯高于具有類似功率等級(jí)的通用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器

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

電力半導(dǎo)體模塊周期性載荷應(yīng)力的生命周期需求是風(fēng)力系統(tǒng)的另一種典型設(shè)計(jì)參數(shù)。這種問(wèn)題尤為重要,因?yàn)榛景l(fā)電機(jī)頻率可能偏低,而風(fēng)力渦輪機(jī)周?chē)娘L(fēng)力條件不斷變化。

文章提出的IGBT模塊是設(shè)計(jì)針對(duì)風(fēng)力應(yīng)用的,但如果在其它設(shè)計(jì)方案中也需要采用IGBT模塊,或者其他需要定期進(jìn)行單向功率流的高功率應(yīng)用也可以參考。例如,在驅(qū)動(dòng)應(yīng)用中,高切換頻率對(duì)于減少馬達(dá)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(dá)應(yīng)用的活動(dòng)電網(wǎng)轉(zhuǎn)換器或電解器應(yīng)用也可能從 IGBT中的大二極管獲益。

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