IGBT 取代可控硅

　　風力渦輪發(fā)電機所需的功率半導(dǎo)體器件是從事微電子學的人所不熟悉的。你要考慮的不是亞微米線寬，而是一個單器件模塊占用的歐洲標準印制板面積(從34mm×94mm ~ 140mm×190 mm)。這樣的器件可在數(shù)千伏電壓下承受千安培級的電流，而且在過去幾十年內(nèi)，這一技術(shù)的進步是對風力渦輪發(fā)電機發(fā)展的最大貢獻。在 Growian 時代，可控硅技術(shù)可應(yīng)付大功率應(yīng)用，但傳導(dǎo)損耗很大，并且轉(zhuǎn)換時間的性能很差，常常在 100ms 范圍內(nèi)。相應(yīng)地，變頻器級采用6個階躍或12個階躍的波形近似一個正弦波的能量分布，從而產(chǎn)生特別強的奇次諧波，如五次諧波和十一次諧波。這些局限導(dǎo)致人們需要使用諧波頻率濾波器。
　　用IGBT（絕緣柵雙極晶體管）代替 Growian 的第一代可控硅，就可使用脈寬調(diào)制（PWM）來克服不良的諧波性能。該技術(shù)也使實際功率和無功功率的控制更為方便。盡管傳統(tǒng)的可控硅很耐用， 
當今的可控硅，如三菱公司的 FT1500AU-240 可以在 12kV電壓下開關(guān)1.5kA 電流，開關(guān)時間為 15ms ，但當傳導(dǎo)電流超過維持電流值時，傳統(tǒng)的可控硅是不可能關(guān)斷的。GTO（柵極可關(guān)斷）可控硅（如三菱公司的 FG6000AU-120D）可連續(xù)提供 6 kV 的電壓和1.5kA的電流，并可在 30ms 內(nèi)實現(xiàn)關(guān)斷控制，但它們難以驅(qū)動。更糟的是，所有的可控硅都很難并聯(lián)使用，而要達到風力渦輪發(fā)電機所需的功率水平，并聯(lián)使用常常是不可或缺的。　

　　大功率 IGBT 既有 MOSFET 的容易驅(qū)動和電流共享特性，又有1ms 的開關(guān)時間。雖然轉(zhuǎn)換線路頻率所需的 PWM 頻率很低，僅為幾千赫茲，但這種快速切換在IGBT穿越線性工作區(qū)時可減小傳導(dǎo)損耗。諸如 Eupec 公司的 FZ600R65KF1等器件，其 導(dǎo)通時間不到 1ms，關(guān)斷時間小于 6ms，可以在 6kV 電壓下控制 1.2kA 電流；諸如該公司的 FZ3600R12KE3 等低電壓器件，可以在 1.2kV 電壓下開關(guān) 3.6kA 電流。因此，IGBT 可用于大功率變頻器和軟起動控制器。專業(yè)生產(chǎn)大功率半導(dǎo)體器件的其他公司包括 ABB公司、Dynex公司、富士通電子公司、Powerex公司和 Semikron公司。

　　法國 Cegele 公司主管風能部門的Ivan Novikoff指出，風力渦輪發(fā)電機及其技術(shù)的選擇主要取決于當?shù)鼗A(chǔ)設(shè)施的位置和特性。Novikoff 說，電纜敷設(shè)、起動時的起動電流和短路電流等問題都取決于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。該公司在為已知用途的風力渦輪發(fā)電機制定規(guī)范時，都要考慮許多次要而又必須考慮的問題，從允許的轉(zhuǎn)子高度、噪聲輻射，到制造商的現(xiàn)場服務(wù)質(zhì)量，不一而足。Novikoff 解釋說，從投資者的觀點來看，要考慮的機器經(jīng)濟因素包括風力供應(yīng)的可靠性、機器的可靠性和維護成本以及電力生產(chǎn)關(guān)稅的差異。