安防之家讯：1、引言
在效率和可靠成为主要需要需求的今天，电力电子在可再生能源领域的应用受到巨大的挑战。今天，1700v低压硅片有很大的优势。对于mw级的输入/输出功率，需要将带有几十个芯片的几十个模块并联起来。最好的解决方案是将逆变器/电源模块并联，但这种方案需要额外低压传输，通过电源到中压（mv）的变压器来实现，另一种解决方案是通过将由低压硅片和功率单元进行串联，组成一个中压电网侧逆变器来实现能量传输，组成一个中压电源。此外，交错pwm减小了正弦滤波器的尺寸、降低了开关频率及总损耗。

2、最先进的技术
现有新大功率可再生能源是风力发电机（wt）和光伏（pv）应用。新风力发电机组的平均功率超过2mw，但高达5mw的机组也在使用。至于光伏应用，在过去几年中，趋势是使用到高达0.5mw的独立单元，采用1mw以上单元的趋势也在增加。最常见的是10mw大型光伏发电系统，高达60mw的系统也在运行。两者都是通过电网侧逆变器与电网相连接，并且都通过正弦滤波器向电网提供低失真正弦电流。
风力发电机有带有升压功能的发电机侧变流器，将发电机变化的输出电压整流成电网侧变换器最佳运行所需的恒定直流电压。同样，光伏电池板向变流器供电，电压与光照强度、环境温度、负载电流和功率成正比。其结果是可变的输入电压，变化范围在1:2以上。通常大功率光伏电网侧逆变器不使用额外的前端变流器。
在功率转换中，效率的优先级是第一位的。如今，电力电子行业为风力发电机应用使用1200v和1700v的工业硅基组件，为光伏应用使用1200v的工业硅基组件（低功率单相供电采用600v组件）。通过采用合适的硅材料和新的更好的半导体技术，可降低变流器的损耗，从而提高系统效率。然而，本文将不详述这些，理由很简单，未来5~10年，igbt仍将是电力电子技术的主力，没有明显的变化可言。
基于双馈感应发电机（dfig）的风力发电机设计正逐渐过时。事实上，采用dfig技术的风力发电机公司正将其新的开发基于直驱原理的，传统的4象限驱动器[1]
如今，对于带有两个串联的电力电子变流器（置于一个壳体中）的直驱结构来说，从发电机输出端通过发电机dv/dt滤波器、发电机侧变流器、直流环节、电网侧逆变器和输出正弦滤波器测得的风力发电机效率在96-97%之间。功率转换器尺寸是由价格和高可靠性要求决定的。
可靠性是一个非常重要的因素。风力发电机不能停止工作，不能停止转动！因此使用一流的组件绝对是必要的。然而，涡轮机的设计也很重要，万一单个组件故障，也应能使发电机继续运行。几mva的逆变器功率需要相当数量的半导体芯片并联，这是通过并联模块实现的。
2.1 igbt模块并联运行的解决方案
（1）一个驱动器用于驱动多个并联的igbt，这些igbt组成了整机的逆变器的其中一相。每个igbt模块拥有其自己的栅极电阻和对称的直流与交流连接。一个成功的例子是用于光伏应用的semikubeigbt功率stack。[2]
（2）几个逆变器相单元的并联，每个都有其并联运行的驱动器。由于不同的驱动器延迟时间，小的交流输出扼流圈也是必需的。（由skiipipm组成功率模块单元的并联）
（3）带有直流环节和若干并联模块的三相单元的并联由其自己的驱动器驱动。对于大功率，几个三相逆变器并联。由于不同的驱动器延迟时间，仍需要交流输出扼流圈。使用了一个pwm信号和一个直流环节。[3]
（4）带一个pwm控制器的三相逆变器并联运行和对并联逆变器的负载电流进行额外的均流控制（先进的pwm控制）。
（5）带有短延时的主从驱动器驱动几个并联的模块。无需任何附加电感，在半导体芯片损坏的情况下，只有一个模块会被破坏。
（6）输入或输出端带电流隔离的并联逆变器运行-是标准并联，带有不同pwm的独立基本单元和单独的控制器下的运行[4]（见图1）。
在一些风力发电机设计中，发电机和整个传动系统以及中压变压器被放置在发电机舱中。在这种情况下，发电机舱的总重量很大，但这是唯一能够使低压发电机和中压电网间传输损耗可以忍受的方法。在其他设计中，风力发电机传动系统位于底部，在塔的基座上。输电距离约为100米，而且是低压的，功率损耗和成本高。
标准工业硅基1700vigbt模块若用于1mw三相逆变器必须采用并联的形式。现今单个三相逆变器的最大可用功率是1.5mw。[5]因此，采用几个发电机绕组的解决方案便于独立传动系统的并行化。同时，这种设计的可靠性比采用带有相同数量并联模块的大功率转换器的设计要高（图1）。



图1 带有三个发电机绕组和独立传动系统的涡轮机结构



图2 电网侧逆变器每相等效电路和单一、超前和滞后功率因数运行相量图

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