摘要：风力发电是我国目前重点强调的电力生产方式之一，一方面是因为我国的风力蕴藏量比较丰富，尤其是西北地区，风力蕴藏巨大。另一方面是风能是清洁能源，也是可再生资源，利用风能发电，不仅可以实现电能生产的清洁化，而且可以强调电能生产持续化，这对于缓解我国的能源危机有重要的意义。对目前的风力发电进行分析与总结会发现在风电系统中，单体变流器发挥着重要的作用，其结构对其应用价值有显著的影响，所以在实践中要想有效的提升单体变流器的应用价值，需要对其的结构进行分析强调。文章分析研究风电系统单体变流器的结构设计，旨在为实践工作提供指导和帮助。
关键词：风电系统；单体变流器；结构设计
变流器在风电系统中发挥着重要的作用，所以对变流器的具体使用等做分析与讨论有突出的现实价值。就目前的资料分析来看，风电系统中的变流器主要是在塔底或者是机舱内运行，所以大多数的厂家会对变流器的外形体积有严格的限制。 从实践应用来看，风电系统中的变流器在结构设计的时候需要强调布局的紧凑性，而且结构要能够满足电气性能的具体要求，其散热性、可装配性以及经济性要求等都要满足。基于相关的要求，对单体变流器的结构设计做分析与讨论，这于变流器的具体设计有突出的现实价值。
一、单体变流器工作原理分析
从单体变流器的具体分析来看，其内部结构具有复杂性。对单体变流器的结构组成进行分析可知其主要的组成部分是IGBT、散热冷板和电容。在整个结构中，IGBT是核心，其在实践中表现出来的突出特点是输入阻抗高、开关速度快、阻断电压高等。因为IGBT的应用特点和优势突出，所以其成为了现阶段功率半导体器件开发中的主流器件。
对IGBT的具体利用进行总结，其控制主要是通过光电转换板实现的。在光电转换板利用基础上，IGBT可以成功的将外界的光信号转变为电信号。当扁平电缆和IGBT连接后，通信目的得以实现[1]。就光纤应用来看，其主要有三路信号，其中一路所发送的是模块本身的故障信号，在模块不存在故障的时候，其会送出常亮光。另外的两路是接收信号，其中一路是高电平，另一路是低电平。实践中，IGBT所使用的驱动电源为24V，IGBT的模块电流和温度可以由IGBT模块本身进行检测并送出。当然，具体的信号送出所以靠的还是扁平电缆。
在变流器的具体使用中，其直流侧会通过6个并联的电容和直流母排进行连接，其主要的作用是电压支持。有了稳定的电压支持，直流电压的稳定效果会更加突出。支撑电容在连接的时候利用的是层叠母排，就层叠母排应用来看，其结构为两层，中间的是耐老化、耐腐蚀的绝缘物质。
二、设计准则
就风电系统中的单体变流器结构设计来看，明确具体的设计准则，这对于结构设计合理性和科学性而言是非常有利的。以下是基于实践总结的对结构设计比较有利的和设计准则。
（一）重视器件布局，保障散热性
就汴路器的具体使用来看，在运行的过程中变流器会出现大量发热的情况，虽然大部分的热量会被水冷板的冷却液带走，但是依然会有部分热量在贵体内残留。这部分残留的热量和母排的发热会对变流器的具体运行状态产生影响。如果在结构设计的时候，变流器的空间布局过于紧凑，这会影响到柜体的散热，进而影响到变流器的具体运行。基于此，在设计的时候基于散热的需要强调布局是非常必要的内容。从现阶段的分析来看，就散热布局而言，主要有两种方式。1）敞开式设计。
在实践中，也会有较多的厂家采用密闭式结构，不过在该结构中需要对每个模块进行单独的散热风扇加装，这样，散热效果才能实现。但是如果变流器的结构布局本身就紧凑，加装散热风扇会导致结构拥挤，所以可以采用敞开式设计，这样的设计不仅有利于散热的实现，对于结构的拆装、检修等也有显著的意义[2]。2）竖立放置设计。基于热气流由下至上的流动原则进行单体变流器的竖直放置，这样可以保证单体变流器散热的通畅。在布置电容设计的时候，在空间允许的情况下尽可能的拉大电容的间距，这样可以有效的减少散热阻力。
（二）支撑电容布置
对风电变流器的支撑电容进行分析会发现其主要的两种支撑电容为膜电容和铝电解电容。在实践中，铝电解电容的耐压等级比较低，需要做大量的串并联才能达到应有的效果，所以整体设计比较的复杂。再者，其发热量比较大，使用寿命比较短，所以在实践中，此种支撑电容已经逐渐的被膜电容所取代。就膜电容的具体利用来看，其有不错的耐压能力，使用寿命比较长，发热量比较小，所以在风电中，其应用广泛性在显著提升。就膜电容的具体设计来看，其需要明确如下问题。1）在设计的时候要尽可能的使用多电容并联的方式，因此此种方式的应用效果明显优于大容量的超级电容。2）需要强调电容的摆放方向。从现实分析来看，电容的摆放方向需要基于具体的方向确定环路面积，一般是环路面积越小越好，所以方向需要基于环路面积的选择做确定[3]。3）基于对称原则进行电容的布置，这种布置方式对电容发热严重情况避免有积极的作用，对功率器件的均流效果实现也有显著的价值。
（三）电气元件的软连接保护
在风电系统变流器的结构设计中，电气元件的软连接保护也需要做重点的设计强调。从现实分析来看，变流器在具体利用的过程中会出现振动的情况。在进行结构设计的时候，如果利用刚性连接方式，应力集中问题会表现突出，这种情况会导致器件的使用寿命降低，或者是造成伤害，所以在连接设计这能够可以使用软连接，如此一来，预应力会显著降低。
（四）保证均流
对风电系统中单体变流器的具体结构设计来看，基于均流保证进行设计也是非常重要的。对之前的电容布局设计做分析可知，电容布局应尽量相较于功率器件堆成布置，这样可以实现功率器件均流。同样，在进行单体变流器交流输出排在上出或者是下出输出电流的情况下，IGBT交流侧4个模块不均流现象会比较的明显。基于交流输出排流出，可以很好的降低不均流情况。
（五）可维护设计
在风电系统单体变流器的结果后设计实践中，可维护性设计也是设计的重要内容。从现实分析来看，单体变流器的重量比较大，各方面工作开展会存在一定的困难，所以在设计的过程中，需要基于 变流器检修、维护等具体操作便捷要求进行设计分析与规划。
结束语：
综上所述，风电系统中的单体变流器使用对风电系统的运行效果和安全有显著的影响，所以要强调变流器的使用。就变流器的具体使用分析来看，其使用效果和变流器结构有显著的关系，所以就实践中变流器的结构设计做讨论与分析，这于实践工作而言意义显著。
参考文献：
[1]翟宏宇,陈国初.基于FPGA的风电背靠背变流器控制器设计[J].新一代信息技术,2019,002(012):7-12.
[2]宋波,付明志,田振清,等.基于Icepak的2MW双馈型风电变流器散热性能研究[J].电器与能效管理技术,2018,000(002):P.56-59.
[3]杨井润,何志强,许雄伟,等.基于虚拟示波器的风电变流器故障案例分析[J]. 风能,2019,000(004):104-108.