应用IGCT器件于风力发电并网变流器的实践

全球对风力发电的兴趣越来越高，这推动了风力发电技术和设备产业的发展。随着风力发电机组的功率不断增加，对风力发电技术的要求也越来越高，因此大功率变流器在风力发电领域的应用变得更加广泛。

大功率变流器主要负责将电能进行转换处理，对于变流器的性能有着重要影响。目前，只有两种器件可以满足MW级别的变流器要求，它们分别是绝缘栅双极晶体管（IGBT）和集成栅换流晶闸管（IGCT）。

IGCT具有一系列特点，比如功率损耗小、适用于高功率等级、电路结构简单以及相对较低的成本。因此，IGCT已广泛应用于高压逆变器、风力发电并网变流器和静止同步补偿器等大功率变流装置领域。

经过多年的努力，我国已经成功自主研发出了一系列630安培到4千安培或4.5千伏的IGCT器件。这对于改变我国长期以来在大功率变流装置产业方面所面临的困境，促进风力发电设备产业和自主创新能力的发展，将起到积极的推动作用。

随着风电产业的快速增长，风力发电技术也在迅速发展，并呈现出以下趋势：

单个风力发电机组的容量不断增加；从定桨向变奖发展和恒速恒频向变速恒频发展；对无齿轮箱的直驱方式和低速齿轮箱的半直驱方式越来越重视；风力发电装备的成本不断降低。

根据风力发电机向电网输送能量的方式，可以将风力发电系统分为以下三种类型：

直接并网：风力发电机直接将产生的能量输送到电网中。这种方式技术简单、成本低廉且可靠性高，但存在功率因数低、受电网影响大以及风能利用率低等缺点。随着技术的进步，这种方式可能逐渐会被淘汰。
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部分功率变流并网：例如双馈型风力发电系统，可以在一定范围内调节和控制风机输出的电能。与直接并网技术相比，在输出电能质量和风能利用率等方面具有明显优势。在当前和未来一段时间内，部分功率变流并网仍然是风电装备领域的主要选择。

全功率变流并网：该系统中，风机产生的全部电能都需要经过并网变流器处理后才能接入电网。这种技术的最大特点是风机输出电压和频率不再受电网频率的限制。它允许风力发电机有更大的转速变化范围，提高了风能的利用效率。此外，可以采用直驱或半直驱风力发电机，避免了传统齿轮箱所带来的效率和可靠性问题。全功率变流技术由于其多个优点，在风力发电领域得到越来越广泛的应用。

在风力发电系统中，变流器是关键设备之一，负责转换和控制风机的输出能量。在大功率变流器中，半导体开关器件对变流器性能影响最大，可供选择的器件主要有IGBT和IGCT。

IGBT和IGCT在包括风电变流器在内的许多大功率变流器领域已经得到成熟应用。然而，由于我国缺乏大功率IGBT器件的设计和生产技术，必须依赖进口，这限制了我国风电变流器产业的发展。

因此，为了满足我国风电产业快速发展的需求，有必要加强IGCT器件在风电并网变流器领域的研究和应用，促进我国风力发电变流器技术的发展。

IGCT器件的研究始于上个世纪80年代，经过近30年的发展，IGCT器件的性能已经非常出色，并广泛应用于各种大功率变流装置中。它已经通过充分的验证，展现出卓越的性能和极高的可靠性。
与IGBT相比，IGCT在许多方面都有显著的优势和特点。竞技宝JJB

首先，IGCT的功率处理能力远高于IGBT。例如，采用我国研制成功的4千安培或4.5千伏的IGCT器件，即使不进行串联，仅采用简单的三相二点式结构，单台并网变流器的设计功率就能达到5兆瓦以上。

由于IGCT器件的电压和功率等级远高于IGBT，并且更适合串联使用，因此可以利用IGCT开发具有更高电压等级的高压变流器，更好地适应风力发电技术向大功率发展的要求。

大功率IGCT变流器在结构和生产方面相对简单，成本较低，组装起来也更加方便。

由于IGCT器件的生产制造工艺相对简单，IGCT在成本上具有明显优势，与IGBT相比更具吸引力。在风电并网变流器中，功率器件可能占到设备总成本的1/3到1/2，随着风电机组价格的不断降低，IGCT的成本优势具有重要意义。

如今，我国已经成功地研制出了一系列的IGCT器件，并进行了试验。试验结果显示，这些器件完全满足大功率风电并网变流器的需求。这一重要突破将为我国的大功率风电并网变流器技术提供核心器件的支持。这对于推动相关技术的发展，提升相关产业的竞争力具有积极的促进作用。

未来的工作重点将放在国产IGCT器件的性能和应用技术研究上。我们将致力于提高和改进IGCT器件的性能，并推动其在风电并网变流器领域的工业化应用。通过这些努力，我们将进一步提升我国的大功率风电并网变流器技术水平，为相关产业的发展做出贡献。