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。這個目標(biāo)只能通過在世紀(jì)的上半葉大幅減少溫室氣體排放來達(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15MW的標(biāo)記。因此，對高度先進(jìn)的風(fēng)力轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器需要高可靠性和強(qiáng)度以確保其長壽命。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)量的同時最大化功率輸出。此外，大規(guī)模生產(chǎn)能力對于滿足增長的需求至關(guān)重要。

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，提供了可靠性和高功率密度。

風(fēng)力變流器系統(tǒng)趨勢

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)計和標(biāo)準(zhǔn)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(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，可能無法增加機(jī)柜的數(shù)量。因此，需要改善個別堆棧的功率密度。

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，這又是另一個需要考慮的關(guān)鍵問題。尤其對于全額定轉(zhuǎn)換系統(tǒng)而言，由于來自發(fā)電機(jī)向直流電鏈路的功率流動，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。

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)化每個模塊對發(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

高切換頻率對風(fēng)力應(yīng)用有利，因為它可以降低發(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。通常來說，切換頻率明顯高于具有類似功率等級的通用馬達(dá)驅(qū)動器。

在這個背景下，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，也針對了兩種不同的轉(zhuǎn)換器位置做了適配。VCE,sat 的增長部分是通過額外的設(shè)計措施進(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)計參數(shù)。這種問題尤為重要，因為基本發(fā)電機(jī)頻率可能偏低，而風(fēng)力渦輪機(jī)周圍的風(fēng)力條件不斷變化。

文章提出的IGBT模塊是設(shè)計針對風(fēng)力應(yīng)用的，但如果在其它設(shè)計方案中也需要采用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)動應(yīng)用中，高切換頻率對于減少馬達(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。