2012 十一月

铝电解电容器

无齿轮风力涡轮机用电容

新式无齿轮全功率转变流电机渐为市场采用。这种风电机需要的电容器要有更大的电容量和更高的可靠性和坚固度, 而EPCOS螺钉型铝电解电容器正可提供理想的解决方案。

海上风电机正被大量采用, 而它对元器件的可靠性和坚固度則要求却特別高。同时,涡轮机转子也越來越大,特别是海上风电机的转子,功率每增加一倍(图1)变速器的扭矩就加大8倍,这样制造成本自然更贵, 而维护成本也更高。故此, 风电涡轮机制造商正在采用无齿轮风力发电站。发电机的输出电压为690 V ac(6桥或12桥整流后大约1200 V)。由于所有功率都需要使用变流器处理,故单位功率所需电容量就要大为增加, 以降低母线电压的波动。

图1:提升风力涡轮机的能力

过去10年,使用更大的转子令涡轮机的输出功率增加了一倍, 但这却使变速器的扭矩增加了8倍; 故此 ,风电机制造商引进了无齿轮风力涡轮机,它能提高可靠性并降低噪音(对居住区非常重要), 而且大大减少代价高昂的停机时间。


无齿轮免磨损
以全功率转换拓扑结构为基础的新一代风电涡轮机(图2)再没有机械变速器,避免了机械退化和磨损, 故可提高性能和可靠性。为使设备在使用寿命期间内 (典型工作条件下通常为20年)获得最大的经济效益, 涡轮机内的元件应该做到在使用期内无需更换。

螺钉型铝电解电容器能提供优良的解决方案, 它既能达到高电容量, 同时亦能满足高可靠性、长使用寿命和温度上的严苛要求。

图2:风力涡轮机拓扑结构
如图所示 ,直驱式无齿轮同步全功率变流发电机可令风电机提高输出功率却同时变得更小更轻 且大大降低维护成本。

爱普科斯(EPCOS)铝电解电容器可迎合风电机内密闭环境所需的高能量密度要求, 而它们的高可靠性结构亦能使最先进的直驱式风电机变流器发挥更优越性能。电容器可用串联和并联的方式连接,以配合满足风力发电设备的应用。

严格的要求
省去了机械变速器,直驱式风电机使用全功率变流器理念,更能符合严格的电网要求如低压穿越(LVRT)和故障穿越(FRT)等等。并网规范是另一设计上的重要考虑(图3)。并网设备不应引入无功功率和污染电网。 而即使电网出现故障,并网风机也要保持连接并对电网进行补偿, 以避免引起电网失衡而干扰供电系统, 甚至使其供电断。

图3:电网故障响应测试

即使电网电压跌落为额定电压的15%,风电机也必须保持连接在电网中。

并网风电机需要承受由于电网故障或负载变动引起的电网电压骤降: 电压可能在电网的一个、两个或所有三个相位中变低,其严重性由电压下降程度(电压可能降到零)和电压下降所持续的时间而定。当出现电网电压骤降时,根据风力发电机的应用,并网设备可能需要暂时从电网中断连接, 而在电网电压恢复后重新与电网连接并继续工作、或保持在工作状态并不从电网中断开、或保持与电网的连接状态并用无功功率支撑电网运行。

发电装置例如风电机(和太阳能发电站)所需的LVRT性能由电网运营商发行的电网规范而定,例如德国的E On电网规范(E.On Grid Code)和英国的国家电网规范(National Grid Code)。对于关键负载,例如数据中心和工业生产所用电源,其所需的LVRT性能是根据具体应用而定的。因此在直驱式发电机中的变流器就需要显著增大的电容量来处理更高的功率水平和控制功率因数。由于变流器省去了变速器而加入更多的电容量,提高变流器可靠性的关键就在于选用比传统的机械变速器更为可靠的电容器了。

高要求的应用组合
在高要求和环保型的风力能源(以及其它可再生能源)应用方面,TDK是值得信赖的合作伙伴,它能提供各种规格的爱普科斯铝电解电容器(表)。这些结构紧凑的螺钉型电容器涵盖工程师设计变流器所需的所有规格,例如高纹波电流, 高可靠性和长寿命等。此外, 这些电容器还有低可燃性和自熄灭等优点。

凭借爱普科斯(EPCOS)铝电解电容器,TDK成为了全球领先的风力发电涡轮机和太阳能发电机直流母线解决方案的制造商。凭借其广泛的产品组合,TDK可以满足所有变流器所需规格并能提供必要的定制化设计支持。

表:铝电解电容器的风力发电应用

系列最高工作温度
[°C]
使用寿命
[h]
额定电压
[V DC]
额定电容
[µF]

B43455 / B43457

85

10 000

350 to 450

1000 to 15 000

B43456 / B43458

85

12 000

350 to 550

560 to 18 000

B43564 / B43584

85

15 000

350 to 500

820 to 33 000

B43740 / B43760

105

6000

350 to 500

1000 to 18 000

B43700 / B43720

85

6000

600

1200 to 6800

特性

  • 高纹波电流能力
  • 极低等效串联电阻
  • 极低等效串联电感(低电感设计可达13 nH)
  • 使用寿命长,可达20年
  • 紧凑型设计
  • 优化热性能
  • 反极性防护的终端(选项)
  • •底部散热的特殊设计

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