电力电容器在可再生能源领域的应用

电力电容器在可再生能源领域的应用

近数十年来，可再生能源的装机容量呈指数级增长。而随着全球对气候变暖问题的愈加关注以及对化石能源依赖性的减少，未来数年新建项目步伐还将加快。

作为风力发电和光伏系统中不可或缺的强力元件，AC-DC和DC-AC转换器亟需可靠的电力电容器，以便在直流链路电路中实现交流滤波和稳压。针对这类应用，TDK不仅能提供覆盖广泛电压和电容范围的完整电力电容器产品组，还能针对具体问题提供定制解决方案。

概述

可再生能源系统由诸多通过机械和电气连接在一起的元器件组成。这些元器件能调节和修改电输出，以便视需要将发电存储、直接使用或馈入到由中央发电厂供电的大型电网。

风能和光伏逆变器可将直流电转换为交流电。考虑到开关故障、防雷、接地故障和安全规定，电力电子设计人员迫切需要更高的效率、过电压和过电流保护性能，以实现更高的功率要求，同时还需兼顾长期稳定性和可靠性。

TDK可根据应用要求提供适合多种电路功能的特殊产品。其中，基于薄膜的电容器技术为追求成熟元件性能的电力电子设计人员带来了福音。

相比于其他电容器技术，具有更高的额定电压

具有自愈特性和高过电压能力

低等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)

高功率密度（IRMS vs 频率）

电气规格不受时间和温度影响

电路图

典型的可再生能源逆变器需使用直流链路电容器来减少交流转直流过程中的纹波电流。用户可根据电力电子的拓扑结构，以及所需的电气规格选择合适的直流链路电容器。

图1

功能对比

表1

类型/系列	MKP DC标准型	MKP DC树脂顶盖	MKP DC金属顶盖	ModCap™ MF	ModCap™ HF
B2562* 系列	B2569* 系列	B2568* 系列	B25645* 系列	B25647* 系列
额定电容 (µF)	40 - 4000	40 - 5500	60 - 4000	335 - 3900	660 - 1900
电压 (V DC)	700 - 2000	700 - 3000	900 - 3000	900 - 2300	900 - 1600
最高工作温度	85 °C	85 °C	85 °C	90 °C	90 °C
等效串联电感 (ESL)	< 20 nH （具体视元件高度和深度而定）	< 20 nH （具体视元件高度和深度而定）	< 10 nH (适用于4个端子的电容器)	< 14 nH	8 nH
尺寸	75、85、116 mm（深） 70...345 mm（高）	75、85、100、116、136 mm（深） 95...370 mm（高）	85、116、136 mm（深） 99...368 mm（高）	205、220 mm（长） 90、115 mm（宽） 170、215 mm（高）	205、220 mm（长） 90、115 mm（宽） 170、215 mm（高）
符合标准	IEC 61071 UL认证	IEC 61071 UL认证	IEC 61071	IEC 61071, IEC 61881-1 UL认证	IEC 61071, IEC 61881-1 UL认证
EN 45545			HL3 R23 (火焰蔓延/烟密度)	HL3 R23 (火焰蔓延/烟密度)	HL3 R23 (火焰蔓延/烟密度)
外壳	铝	铝	铝 气密封，适用于恶劣环境	塑料	塑料

能量密度更高且尺寸更紧凑性

为了优化整个系统的体积和重量比，逆变器明显呈现轻量化和小型化市场发展趋势。

由此直接影响了直流链路电容器的设计，追求尺寸紧凑性是大势所趋。

优化外壳的内部空间利用有助于实现直流链路电容器的紧凑性，比如通过使用正确的绕组技术和增强的场强 (V/µm)。而后者直接关系到可在相同标称电压下使用更薄的薄膜。

优化光伏和风能逆变器的效率

光伏发电应用

光伏发电非常注重成本因素，因此对新逆变器的效率和维护性要求极高，比如高达98%的超高效率和更长的维护周期。

这类应用需要可优化成本的标准型电容器，不仅要求具有更低的ESR和ESL，还要能在支持更高的工作频率。

风能发电应用

风能发电同样受到成本因素的制约，对电容的标称电压(尤其是海上的高功率应用)、重量，以及低ESR和ESL规格提出了更高的要求。

同时，这两类应用都需要更高的电流密度。

审核编辑：汤梓红