风力发电系统的核心器件

　　越来越多的风力发电系统在世界各地被投入使用。2009年，欧洲风力发电的装机容量达75GW，比2008年增加了10GW。美国在2009年的风电装机容量为35GW，中国的装机容量达到25GW，分别比2008年增加了10GW和14GW。在全球范围内，2009年新增的风电装机容量高达38GW。世界上已安装的风力发电机达10万台，发电量占全球能源需求的2%。到2010年底，全球将新增1.2万台风力发电机，新增风电装机容量29GW。

　　由于对风能的需求持续增长，对制造风力发电机所需的元器件的需求也在持续增长。风力发电机里先进的功率电子器件不但对元器件的极限性能提出更高的要求，而且要求元器件在恶劣环境下的寿命能够达到20年，因为电路在这些环境中常常要经受高温和振动的考验。

　　在本文中，我们将探究用在风力发电机和电网中的“大”电阻和电容器的功能，以及这些应用对器件提出了哪些标准。电容器应用包括DC-linking、IGBT缓冲器和交流滤波。电阻应用包括在电容器预充电和直流斩波，或是消弧触发及电流检测的时候进行限流。“小”电容器和电阻一般用在风力发电机的控制电路里，不在本文的讨论范围内。

　　电阻

　　用在风力发电机里的电阻包括预充电、斩波、消弧和交流滤波电阻。在开关刚刚合上的时候，预充电电阻可以限制进入DC-link电容器里的涌入电流。完成这项工作要求电阻具有很高的单次脉冲能量和高电压等级。电阻的电感也有助于限制涌入电流，因此绕线电阻是绝佳选择。在10μH电感和690V直流电压情况下，预充电电阻的脉冲能量通常可以达到5J。

　　当斩波开关导通时，斩波电阻会限制电流。斩波开关通常工作在较高的开关频率下，用以控制直流电压。因此，斩波电阻必须能承受高电压和具有高重复脉冲能量等级，即相当于高连续功率等级。由于开关频率高达数千赫兹，要求斩波电阻里的寄生电感必须较低，可以采用厚膜技术实现这一点。可安装在散热片上的电阻能够满足应用对小尺寸、高功率等级，即对高功率密度的要求。电阻可以和斩波开关安装在同一个散热片上。