用于高压电网稳压的电力转换器和电容器组中薄膜电容性能

薄膜电容作为替代方案，开发人员越来越多地在电力电子设备中采用复杂的开关算法进行脉宽调制，以提高效率并改善网络质量。此类设计采用更高的频率和谐波，必须在输出端使用 LC 和 LCL 滤波器对其进行过滤。交流滤波电容器，例如 MKP1847 系列，提供扩展的电容范围、各种连接配置，并且为了提高安全性，采用了符合 UL810 标准的所谓分段薄膜技术。

随着功率密度的增加，对过载和故障行为的考虑成为人们关注的焦点。损坏的形式可能是短路、开路或中间的东西(较高的泄漏电流);如果发生过热，电解液会由于压力降低和绕组变干而泄漏。

尽管负载变化，但仍保持稳定的高压

风能和太阳能等可再生能源的日益整合给电网带来了新的挑战。高压电网中的稳压电容器与普通电容器处于完全不同的应用领域，具有不同的设计要求和尺寸。它们用于维持标准要求，根据该标准，最终用户的电源电压偏差不得超过 230 VAC，± 10 %。

额外提供容性无功功率可以稳定电压;可以通过将相位轻微移入电容或电感区域来提高或降低电压。为此，可以根据需要连接并联电抗器或电容器组。架空线路在高负载下会产生感应作用。如果相位因容性无功功率而发生偏移，则电压会下降并再次上升。

除了电压稳定性，电压质量也是电网运营商的重要考虑因素。谐波——总是具有基波频率的倍数的叠加电压——在运行期间添加到基波中。通常三次谐波(150 Hz)在重载电网中最为明显，因此必须显着降低。相应的过滤器装置通常位于 200 MVA 和 300 MVA 之间的功率范围内。

无功功率降低由带阻尼的机械开关电容器组 (MSCDN) 提供。如果电网中存在大负载并且必须支持电压，则通过将电容器连接到每相来提供。电容器 C1 和 C2 与高压电抗器 L 的协调感应 50 Hz 电流分量不受阻碍地流过 C2。然而，接近中心频率的频率通过电阻器并转化为热量。干扰频率显着降低。

单个电容器的设计

电容器由绕线元件形成。这些设备可以在高达约 2 kV 的电压下以最佳方式运行，因此必须串联多个元件才能达到 250 kV 至 300 kV 所需的耐受电压。为了允许以模块化方式运输和安装这些巨大的容量，专业制造商现在可以将缠绕元件组装在不锈钢外壳中并焊接它们以提供密封接头。这种装置称为中压电容器。

连接到第一个电容器 (C1) 的高压分布在一系列 30 到 40 个电容器上，导致每个电容器的电压约为 7.5 kV。电容器的重量限制为最大 100 kg，每个串联允许连接的并联电容器少于 10 个。一个 C1 电容器的电容为 35 µF 至 40 µF。这些电容器由几个绕组元件组成，它们在内部连接以形成串联绕组组。在第二个电容器 (C2) 中，连接的 30 kV 至 40 kV 分布在大约五个电容器系列中。这导致每个电容器的电压为 7 kV，电容约为 45 µF。

技术实施产生了一个非常大的工厂。除了由几层聚丙烯箔组成的电介质外，一个电容器绕组元件的电极由铝箔组成。如果将此类项目所需的所有箔片排成一列，则将创建一个 8,000,000 米长的带。那是世界轴线的一半以上，箔的面积可以覆盖350个标准的FIFA足球场。

以重量表示，将需要超过 10 吨的铝和大约 25 吨的聚丙烯。为了以紧凑的形式包装这个大的活性表面，铝箔和聚丙烯箔首先被缠绕成圆形，然后压平。这些扁平绕组被堆叠、连接、绝缘，然后组装并密封在矩形外壳中。仅电容器的总重量，包括外壳和连接器，加起来就超过 50 吨。为按照规定掌握 250 kV 至 300 kV 相对地高压，为电容器开发了框架，每个水平组件都使用单个电容器安装在框架上。这些框架使用绝缘体进行电气隔离，并在客户现场组装成一个 7 m 至 10 m 高的塔。根据工厂的功率，总共需要 30 到 45 个框架。

这些众多的例子展示了电力电子和电气工程中电容器应用的多样性。它们还可以用作其他应用的补充，例如混合动力和电动汽车、电表和大功率驱动器的控制。