仅靠合适的组件往往远远不够

Norvento Enerxía 不仅需要一款合适的直流母线电容器，才能将一台全密封的 8 兆瓦逆变器装入标准 20 英尺集装箱。这家西班牙可再生能源专家的开发人员需要确保该设计在所有运行条件下都能稳定工作。TDK 同时满足了这两点需求：不仅提供了 ModCap UHP 作为直流母线的基础，还进行了详细的仿真计算。这节省了数月的开发时间。

“nXL的主要设计目标是全封装，这意味着变流器内部与外部环境之间没有空气交换。”Norvento创新主管兼该变流器首席开发工程师Ángel Mayor如此描述这一关键挑战。 这种全封闭设计具有现实意义，因为光伏系统和大型电池储能设施中的中央逆变器往往在恶劣环境中运行。这些环境包括高湿度、含盐空气和金属颗粒的区域（如采矿现场），以及火山活动频繁的地区。此外，全封闭系统几乎无需维护，因为无需定期更换过滤垫。液冷系统应确保有效的热管理。

然而，这一设计目标对直流母线电容器等关键组件产生了重大影响。TDK不仅提供了合适的组件，还提供了技术专长与服务。

图 1:

The nXL converter from Norvento Enerxía for 7 to 8 MW, including transformer and medium-voltage switchgear

开发过程中的挑战

nXL 的直流母线解决方案必须满足三个关键要求：

• 在整个频率范围内具有低等效串联电阻（ESR），以最大限度地减少损耗，
• 低等效串联电感（ESL），以防止半导体关断时电压过冲；这一要求在未来采用快速开关碳化硅（SiC）MOSFET模块时将变得更为重要，以及
• 高工作温度。

图 2:

TDK's ModCap UHP can deliver full output power up to +105 °C.

“此外，模块化对我们而言也是另一个重要因素，因为我们需要一种能够灵活适应不同配置的解决方案，”Mayor补充道。正因如此，作为Norvento长期合作伙伴的TDK推出的ModCap成为了不二之选。

然而，以聚丙烯为介电材料的薄膜电容器在温度超过+85 °C时，其输出功率必须进行降额处理。这一限制同样适用于之前的ModCap型号。正因如此，TDK开发了ModCap UHP。该产品采用了一种名为EPN（乙烯-丙烯-降冰片烯）的新型介电材料，使元件能够在高达+105 °C的温度下提供全功率输出[1]。 EPN是由聚丙烯（PP）——一种成熟且易于加工的介电材料——与环状烯烃共聚物（COC）——一种耐热性更强的介电材料——混合而成的。然而，COC本身无法制成薄膜，因此与聚丙烯混合使用。所得材料既能像聚丙烯一样进行加工，又具备COC的高温耐受性。

尽管如此，仍有疑问待解。在更高频率下，电流在汇流排上的各个 ModCaps 之间是如何分布的？在更高频率下，电流在元件内部的电容器绕组之间是如何分布的？损耗随频率变化如何演变？TDK 的仿真专业知识为 Norvento 提供了帮助。

缩短上市时间

“Norvento的主要顾虑之一是，构成直流母线的18个ModCaps（每相6个）之间电流将如何分配，”TDK位于马拉加的应用与开发组的Fernando Rodríguez回忆道。 另一个担忧是高频振荡是否会产生负面影响，例如与母线尺寸相关的谐振。为解决这些问题，TDK提议对整个直流母线进行数字化建模，并利用有限元分析（FEA）模拟电流分布。结果表明：母线设计与ModCap UHP电容器结合使用时，在应用的整个工作频率范围内均符合规格要求。 

采用FEA的主要优势在于，在制造任何原型之前即可获得结果。这在很大程度上省去了冗长的耐久性和应力测试。“在此案例中，仿真预计节省了两到三个月的开发和测试时间，”罗德里格斯总结道。

“通过在项目早期进行仿真，我们优化了直流母线的电力分配，并提前排除了潜在的谐振问题。这缩短了 Norvento 的上市时间，并确保了设计从一开始就稳健可靠。”

费尔南多·罗德里格斯，TDK应用与开发组

支持：成功的关键

唯有经验丰富的专家团队才能将包括变压器和中压开关设备在内的全密封式7-8 MW换流器，装入标准20英尺集装箱中。“成功的关键，”阿尔瓦尔·马约尔表示，“不仅在于选用合适的直流母线电容器，更在于技术支持，尤其是在仿真阶段。”

nXL 既可在跟随电网模式下运行，也可作为电网成形系统运行。这使其成为微电网或电网稳定性无法得到保障的系统的理想选择。

“与 TDK 的合作非常出色，对方始终积极主动。在这个项目中，我们彼此学到了很多。技术支持，尤其是仿真方面的支持，是我们成功的关键。”

Álvar Mayor，Norvento创新总监兼 nXL 首席开发工程师

展望

对于 Norvento 而言，nXL 是一个转折点。凭借无与伦比的功率密度以及将超过 7至8 MW 的功率集成到标准 20 英尺集装箱中的能力，该公司现在可以与国际主要电力电子制造商竞争。然而，开发工作尚未完全完成。 从一开始，nXL的架构就针对碳化硅（SiC）MOSFET模块进行了设计——这一升级将进一步提高对直流母线的要求。不过， 表示，得益于TDK进行的全面仿真，这条升级路径已经铺就。

若非在恰当的时机实现了元件与合作伙伴的完美组合，就不可能打造出如此紧凑、可靠的系统。TDK的ModCap UHP凭借其创新的高温介质和专利的高频内部结构，以及配套的FEA仿真服务，充分展现了元件级专业知识与系统理解之间的协同效应。面临类似挑战的企业，都可以在TDK找到这两者。

参考文献

[1] 电力电子设备用电容器：新型ModCap偏爱高温，https://www.tdk-electronics.tdk.cn/zh/388496/tech-library/articles/applications-cases/applications-cases/modcap/3660550，TDK，2026 年 3 月 16 日检索