用于高壓電網(wǎng)穩(wěn)壓的電力轉(zhuǎn)換器和電容器組中薄膜電容性能

薄膜電容作為替代方案，開發(fā)人員越來越多地在電力電子設(shè)備中采用復(fù)雜的開關(guān)算法進行脈寬調(diào)制，以提高效率并改善網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。此類設(shè)計采用更高的頻率和諧波，必須在輸出端使用 LC 和 LCL 濾波器對其進行過濾。交流濾波電容器，例如 MKP1847 系列，提供擴展的電容范圍、各種連接配置，并且為了提高安全性，采用了符合 UL810 標(biāo)準(zhǔn)的所謂分段薄膜技術(shù)。

隨著功率密度的增加，對過載和故障行為的考慮成為人們關(guān)注的焦點。損壞的形式可能是短路、開路或中間的東西(較高的泄漏電流);如果發(fā)生過熱，電解液會由于壓力降低和繞組變干而泄漏。

盡管負(fù)載變化，但仍保持穩(wěn)定的高壓

風(fēng)能和太陽能等可再生能源的日益整合給電網(wǎng)帶來了新的挑戰(zhàn)。高壓電網(wǎng)中的穩(wěn)壓電容器與普通電容器處于完全不同的應(yīng)用領(lǐng)域，具有不同的設(shè)計要求和尺寸。它們用于維持標(biāo)準(zhǔn)要求，根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)，最終用戶的電源電壓偏差不得超過 230 VAC，± 10 %。

額外提供容性無功功率可以穩(wěn)定電壓;可以通過將相位輕微移入電容或電感區(qū)域來提高或降低電壓。為此，可以根據(jù)需要連接并聯(lián)電抗器或電容器組。架空線路在高負(fù)載下會產(chǎn)生感應(yīng)作用。如果相位因容性無功功率而發(fā)生偏移，則電壓會下降并再次上升。

除了電壓穩(wěn)定性，電壓質(zhì)量也是電網(wǎng)運營商的重要考慮因素。諧波——總是具有基波頻率的倍數(shù)的疊加電壓——在運行期間添加到基波中。通常三次諧波(150 Hz)在重載電網(wǎng)中最為明顯，因此必須顯著降低。相應(yīng)的過濾器裝置通常位于 200 MVA 和 300 MVA 之間的功率范圍內(nèi)。

無功功率降低由帶阻尼的機械開關(guān)電容器組 (MSCDN) 提供。如果電網(wǎng)中存在大負(fù)載并且必須支持電壓，則通過將電容器連接到每相來提供。電容器 C1 和 C2 與高壓電抗器 L 的協(xié)調(diào)感應(yīng) 50 Hz 電流分量不受阻礙地流過 C2。然而，接近中心頻率的頻率通過電阻器并轉(zhuǎn)化為熱量。干擾頻率顯著降低。

單個電容器的設(shè)計

電容器由繞線元件形成。這些設(shè)備可以在高達約 2 kV 的電壓下以最佳方式運行，因此必須串聯(lián)多個元件才能達到 250 kV 至 300 kV 所需的耐受電壓。為了允許以模塊化方式運輸和安裝這些巨大的容量，專業(yè)制造商現(xiàn)在可以將纏繞元件組裝在不銹鋼外殼中并焊接它們以提供密封接頭。這種裝置稱為中壓電容器。

連接到第一個電容器 (C1) 的高壓分布在一系列 30 到 40 個電容器上，導(dǎo)致每個電容器的電壓約為 7.5 kV。電容器的重量限制為最大 100 kg，每個串聯(lián)允許連接的并聯(lián)電容器少于 10 個。一個 C1 電容器的電容為 35 μF 至 40 μF。這些電容器由幾個繞組元件組成，它們在內(nèi)部連接以形成串聯(lián)繞組組。在第二個電容器 (C2) 中，連接的 30 kV 至 40 kV 分布在大約五個電容器系列中。這導(dǎo)致每個電容器的電壓為 7 kV，電容約為 45 μF。

技術(shù)實施產(chǎn)生了一個非常大的工廠。除了由幾層聚丙烯箔組成的電介質(zhì)外，一個電容器繞組元件的電極由鋁箔組成。如果將此類項目所需的所有箔片排成一列，則將創(chuàng)建一個 8,000,000 米長的帶。那是世界軸線的一半以上，箔的面積可以覆蓋350個標(biāo)準(zhǔn)的FIFA足球場。

以重量表示，將需要超過 10 噸的鋁和大約 25 噸的聚丙烯。為了以緊湊的形式包裝這個大的活性表面，鋁箔和聚丙烯箔首先被纏繞成圓形，然后壓平。這些扁平繞組被堆疊、連接、絕緣，然后組裝并密封在矩形外殼中。僅電容器的總重量，包括外殼和連接器，加起來就超過 50 噸。為按照規(guī)定掌握 250 kV 至 300 kV 相對地高壓，為電容器開發(fā)了框架，每個水平組件都使用單個電容器安裝在框架上。這些框架使用絕緣體進行電氣隔離，并在客戶現(xiàn)場組裝成一個 7 m 至 10 m 高的塔。根據(jù)工廠的功率，總共需要 30 到 45 個框架。

這些眾多的例子展示了電力電子和電氣工程中電容器應(yīng)用的多樣性。它們還可以用作其他應(yīng)用的補充，例如混合動力和電動汽車、電表和大功率驅(qū)動器的控制。