电力电子学在风力发电中的应用

　　1　不同阻断电压的igbt之间的效率对比

　　igbt在电力电子中使用的非常广泛。如今，有各种电压等级的igbt——广泛用于工业应用的1200v和1700vigbt以及3.3kv、4.5kv和6.5kv的中压igbt。那么哪种电压等级最适合大功率应用呢?当上述igbt被放置在可用的最大外壳中以得到逆变器时，可找到这个问题的答案。当然，模拟在最优工作条件可得到的可用功率更简单。

　　将上述igbt封装在宽度为190mm的最大标准外壳ihm中，如果定义了最佳工作条件——vdc直流运行环节电压，vac交流输出电压、3.6 khz的载波开关频率并在尽可能好的冷却条件下，如附表所示。图1的计算结果显示了不同igbt的可用功率。

　　结果显示，采用3.3 kv、1200 a单模块可获得的最大功率约为采用1.7 kv、2400 a igbt所获得功率的一半。

　　与相比之下，6.5 kv、600 a igbt模块所提供的功率仅为1700 v igbt的四分之一。

　　产生如此令人惊讶的结果的原因是igbt模块的损耗。如果计算这三个变换器的效率，可以看到损耗比为1:2：4，如图2所示。

　　对于这个对比，使用了相同的载波开关频率，fsw =3.6khz。这使得有机会设计滤波器相对较小的逆变器。使用不同的载波开关频率做对比，将导致所用的输出正弦滤波器不同。基于上述种种原因，可以看出，采用1700v igbt的应用实现了最大效率，1700 v igbt是一款具有非常合理单位模块价格的标准工业产品。

　　附表 运行在fsw=3.6khz 、cos=0.9 且冷却条件和模块尺寸相同情况下的三相igbt逆变器

　　2　skiip 方案 vs. 标准igbt模块

　　1700v igbt封装在不同的模块外壳中。为了对比，我们可以采用最大的单开关模块，the ihm 2400 a 1700v，将两个这样的模块和一个尺寸和长度相近的双管模块skiip1513gb172做比较。如果两个skiip在一个散热器背靠背放置，则可得到一个电流是2x 1500 a = 3000 a的半桥(外壳温度= 25 ℃时 )，或者电流为 2250 a的半桥(当外壳温度为70 ℃时)。

　　两个单开关模块将提供一个2400 a的半桥，见图3。

　　图3　负载电流vs开关频率

　　如果我们比较计算的结果，可以看到，与放置在最大外壳中的标准模块相比，采用skiip的方案可在整个开关频率范围内提供更高的输出电流。

　　如果采用了更强大的skiip模块，如使用硝酸铝作为陶瓷基板的skiip 2403gb172，可从三相逆变器获得更多的功率，目前是1800 kva， 见图4。

　　图4　采用1800kva基本单元的示例

　　通过放置两个并联的6单元skiip603gd172模块，600kva三相逆变器可被设计在同一外壳中，作为1800kva的一相，见图5 。

　　图5　采用600kva基本单元的示例

　　该单元可称为“基本单元”，可用于不同功率的应用设计中。对于更大功率三相逆变器，三相结构作为一个基本单元。将三个单元相并联，可得到1800kva的三相逆变器。所需的更高功率是通过将几个基本单元相并联实现的。