1研究現(xiàn)狀
　　現(xiàn)在新型的大功率可再生能源為風(fēng)能和太陽能。新型風(fēng)機(jī)單臺的平均功率已經(jīng)超過了2MW，并且有5MW的投入使用。在過去幾年里，太陽能也從單機(jī)0.5MW提高到現(xiàn)在的單機(jī)1MW+.10MW的光伏發(fā)電站最為常見，同時(shí)高達(dá)60MW的電站也已經(jīng)在運(yùn)行。兩者都需要通過逆變器連接到電網(wǎng)上，也都需要通過濾波器向電網(wǎng)提供低THD的正弦電流。
　　風(fēng)機(jī)在發(fā)電側(cè)有一個(gè)boost特性的變換器，將變化的發(fā)電側(cè)電壓變換為恒定直流電壓使得并網(wǎng)逆變器可以最優(yōu)化運(yùn)行。與此相似，太陽能電池板向變換器提供和光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度、負(fù)載電流和功率成正比的電壓。該可變輸入電壓范圍超過1:2.通常大功率光伏并網(wǎng)逆變器不使用額外的前端變換器。
　　功率轉(zhuǎn)換效率在所有參數(shù)中最為重要?，F(xiàn)在，電力電子在風(fēng)機(jī)中使用1200V和1700V硅元件，在太陽能電池中使用1200V硅元件（對于小功率單相電源使用600V）。通過選擇合適的硅器件，使用更先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)，可以減小變換器的損耗以提高系統(tǒng)的效率。本文并不討論這些，因?yàn)樵谖磥?到10年里，如果沒有太大變化，IGBT仍然是首選的電力電子器件。
　　基于雙饋感應(yīng)電機(jī)的風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)已經(jīng)不再流行。所有使用雙饋原理的風(fēng)機(jī)廠商正在發(fā)展基于直驅(qū)式和傳統(tǒng)四象限驅(qū)動的電機(jī)。
　　對于將兩個(gè)串行的電力電子變換器放置在一個(gè)直驅(qū)式結(jié)構(gòu)，風(fēng)機(jī)變換器的效率可以達(dá)到96%~97%.這個(gè)效率是發(fā)電機(jī)的輸出通過dV/dt濾波器、發(fā)電機(jī)側(cè)變換器、直流母線、并網(wǎng)逆變器以及輸出正弦濾波器后的效率。電力變換器的大小由價(jià)格和可靠性的需求決定。
　　可靠性也是一個(gè)很重要的因素。風(fēng)車不能夠停止工作，停止轉(zhuǎn)動。為此，所有的元器件都需要良好的性能，同時(shí)也需要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以使得當(dāng)一個(gè)器件出現(xiàn)故障時(shí)還能夠繼續(xù)運(yùn)行。對于幾個(gè)MVA的大容量逆變器電源，需要很多數(shù)量的半導(dǎo)體芯片和開關(guān)模塊的并聯(lián)。
　　1.1 IGBT模塊并聯(lián)運(yùn)行的解決方案
　　IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），絕緣柵雙極型晶體管，是由BJT（雙極型三極管）和MOS（絕緣柵型場效應(yīng)管）組成的復(fù)合全控型電壓驅(qū)動式功率半導(dǎo)體器件， 兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導(dǎo)通壓降兩方面的優(yōu)點(diǎn)。GTR飽和壓降低，載流密度大，但驅(qū)動電流較大;MOSFET驅(qū)動功率很小，開關(guān)速度快，但導(dǎo)通壓降大，載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動功率小而飽和壓降低。非常適合應(yīng)用于直流電壓為600V及以上的變流系統(tǒng)如交流電機(jī)、變頻器、開關(guān)電源、照明電路、牽引傳動等領(lǐng)域。
　　IGBT 的開關(guān)作用是通過加正向柵極電壓形成溝道，給NPN晶體管提供基極電流，使IGBT 導(dǎo)通。反之，加反向門極電壓消除溝道，切斷基極電流，使IGBT 關(guān)斷。IGBT 的驅(qū)動方法和MOSFET 基本相同，只需控制輸入極N一溝道MOSFET ，所以具有高輸入阻抗特性。當(dāng)MOSFET 的溝道形成后，從P+ 基極注入到N 一層的空穴（少子），對N 一層進(jìn)行電導(dǎo)調(diào)制，減小N 一層的電阻，使IGBT 在高電壓時(shí)，也具有低的通態(tài)電壓。三菱制大功率IGBT模塊
　?。?）逆變器每一相為一個(gè)單元，每相有很多個(gè)IGBT模塊并聯(lián)，它們共用一個(gè)驅(qū)動。每個(gè)IGBT模塊都有獨(dú)立的門極電阻和對稱的DC和AC連接。作為一個(gè)成功的例子，SEMIKUBE IGBT模塊已經(jīng)運(yùn)用在太陽能領(lǐng)域。
　?。?）幾個(gè)逆變器的相單元并聯(lián)，分別使用獨(dú)立的驅(qū)動。由于不同驅(qū)動的延時(shí)不同，需要小的AC輸出的扼流圈。（SKiiP IPM 功率模塊的并聯(lián)）
　　（3）三相系統(tǒng)并聯(lián)到一根直流母線上，每一相也有幾個(gè)模塊并聯(lián)，每個(gè)系統(tǒng)使用獨(dú)立的驅(qū)動。對于更大的功率，需要將幾個(gè)三相逆變器并聯(lián)使用。由于不同驅(qū)動延遲不同，依然需要AC輸出的扼流圈?？梢允褂靡粋€(gè)PWM信號和直流母線。
　?。?）三相逆變器并聯(lián)運(yùn)行，使用一個(gè)PWM控制器，需要額外控制并聯(lián)逆變器的負(fù)載電流分配。（復(fù)雜PWM控制）
　?。?）使用低延遲的主從驅(qū)動，可以驅(qū)動幾個(gè)并聯(lián)運(yùn)行的模塊。不需要添加額外的電感，而且當(dāng)一個(gè)半導(dǎo)體芯片損壞時(shí)，只會損壞一個(gè)開關(guān)模塊。
　　（6）帶有輸入或輸出端電流隔離的逆變器并聯(lián)運(yùn)行。其中每一個(gè)并聯(lián)支路都是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的、獨(dú)立的、基礎(chǔ)的單元，有不同的PWM和獨(dú)立的控制器，如圖1.
　　在一些風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)中，發(fā)電機(jī)、整條驅(qū)動和中壓變壓器都被放在一個(gè)機(jī)艙中。這種情況下，機(jī)艙總重量會很大，但這卻是使得低壓發(fā)電機(jī)和中壓電網(wǎng)間傳輸損耗可以被接受的唯一的方法。在另一些設(shè)計(jì)中，風(fēng)機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)被置于底部，即塔的基部。電能在低壓情況下傳輸距離達(dá)到100m，這會帶來更高的損耗和成本。
　　標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)上基于硅技術(shù)的1700V IGBT模塊對于1MW的三相逆變器必須并聯(lián)使用;現(xiàn)階段最大的單個(gè)三相逆變器為1.5 MW.因此對于幾個(gè)發(fā)電機(jī)繞組，可以將獨(dú)立的驅(qū)動系統(tǒng)簡單的并聯(lián)。同時(shí)，其可靠性要高于將同樣數(shù)量的模塊經(jīng)過復(fù)雜并聯(lián)后組成一個(gè)更大功率的變換器（見圖1）。
　　
　　圖1 有3個(gè)發(fā)電機(jī)繞組和獨(dú)立驅(qū)動系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)
　　1.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)
　　風(fēng)車是一種利用風(fēng)力驅(qū)動的帶有可調(diào)節(jié)的葉片或梯級橫木的輪子所產(chǎn)生的能量來運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械裝置。古代的風(fēng)車，是從船帆發(fā)展起來的，它具有6-8副像帆船那樣的篷，分布在一根垂直軸的四周，風(fēng)吹時(shí)像走馬燈似的繞軸轉(zhuǎn)動，叫走馬燈式的風(fēng)車。這種風(fēng)車因效率較低，已逐步為具有水平轉(zhuǎn)動軸的木質(zhì)布蓬風(fēng)車和其它風(fēng)車取代，如“立式風(fēng)車”、“自動旋翼風(fēng)車”等。風(fēng)車在如今已很少用于磨碎谷物，但作為發(fā)電的一個(gè)手段正在獲得新生。“裝有發(fā)電渦輪機(jī)的農(nóng)場”是由驅(qū)動發(fā)電機(jī)的大型風(fēng)車組構(gòu)成的。近代風(fēng)車主要用于發(fā)電，由丹麥人在19世紀(jì)末開始應(yīng)用，20世紀(jì)經(jīng)過不斷改進(jìn)趨于成熟，功率最大達(dá)到15MW.