風力發(fā)電中電力電子技術(shù)的應(yīng)用

趙星皓

【摘要】風力發(fā)電屬于新能源，并且開發(fā)潛力巨大，商業(yè)化價值高，與此相對的開發(fā)條件也比其他新能源要好，因而風力發(fā)電受到了國家和社會各方的重點關(guān)注。風力發(fā)電漸漸得到大范圍推廣，隨著需求的擴大，社會對風力發(fā)電的效率及質(zhì)量等方面的要求也比以前高了許多。目前，在已知的實現(xiàn)手段中，電力電子技術(shù)是最有效的。接下來，本文將以風力發(fā)電中電力電子技術(shù)的應(yīng)用為中心點展開闡述。

【關(guān)鍵詞】風力發(fā)電 電力電子技術(shù)

引言

隨著能源短缺的危機越來越嚴重，環(huán)境污染問題也日益惡化，我國加快了開發(fā)、利用新能源的進程。在名目眾多的新能源中，風力發(fā)電是最被看好的一種，由于它開發(fā)條件好，又具有很廣闊的開發(fā)價值，因而備受關(guān)注。在風力發(fā)電中應(yīng)用電力電子技術(shù)，可以大大改善風電機組的運行情況，這種技術(shù)將會在未來發(fā)揮更大的作用。

一、我國風力發(fā)電的現(xiàn)狀及應(yīng)用電力電子技術(shù)的優(yōu)點

從總體情況來說，我國的風里發(fā)電產(chǎn)業(yè)還是處在高度發(fā)展的狀態(tài)的。我國的風里發(fā)電從誕生至今，也已有五六十個年頭了，在產(chǎn)生之初，風力發(fā)電的規(guī)模還是比較小的，后面由于各種原因而陷入了停滯狀態(tài)。后來，資源危機的發(fā)生，客觀上推動了我國對風力發(fā)電的研究，在這一方面，國家也給予了大力支持，但是此時的發(fā)電規(guī)模仍然不夠大。進入21世紀后，情況得到了很大改善，風力發(fā)電的規(guī)模不斷擴大。資源短缺是世界性的，這一狀態(tài)的延續(xù)會讓風力發(fā)電受到更多的關(guān)注。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)、現(xiàn)代變頻調(diào)速技術(shù)的不斷發(fā)展，它們也將更加廣泛地應(yīng)用在風力發(fā)電中。通過對電力電子技術(shù)的運用，風電機組的運行特性可以得到改善，通過相關(guān)控制，風電系統(tǒng)內(nèi)的頻率會更加穩(wěn)定，電壓也將得到更好地控制。此外，對于較大型的風電場來說，風力發(fā)電的成本也可以得到有效降低。

二、電力電子技術(shù)在風力發(fā)電中的應(yīng)用

風力發(fā)電是目前除水力發(fā)電之外的技術(shù)比較成熟、利用價值比較高的發(fā)電方式。風能本身并無法儲存能源，在這一點上，電力電子技術(shù)起到了關(guān)鍵作用，它將風能順利轉(zhuǎn)發(fā)為電能，再進一步輸送到電網(wǎng)中?，F(xiàn)實中，應(yīng)用在風力發(fā)電系統(tǒng)中的電力電子技術(shù)主要是變速、恒速恒頻發(fā)電以及風電并網(wǎng)技術(shù)。

1、風電并網(wǎng)技術(shù)。將風電進行并網(wǎng)運行，是目前比較可靠，也比較穩(wěn)定可行的一種方法，因此風電進行并網(wǎng)運行的方法被越來越多的風電場接受，已經(jīng)成為一種趨勢。這種技術(shù)其實離不開電力電子技術(shù)，風電場可以選擇與電網(wǎng)之間相連，也可以選擇通過電子變換器來與電網(wǎng)進行連接。若選擇直接與電網(wǎng)相連接，為了防止連接過程中較大沖擊電流的出現(xiàn)，風電場往往會配置軟并網(wǎng)裝置。在風力發(fā)電機的選擇上，目前通常采用變速同步發(fā)電機或是變速雙饋異步發(fā)電機。由于這些設(shè)備自身的特點以及接入時的技術(shù)要求，電力電子技術(shù)成為不可或缺的因素。

2、恒速恒頻發(fā)電和變速恒頻發(fā)電。在整個風力發(fā)電的過程中，發(fā)電機是至關(guān)重要的一部分；而在能量轉(zhuǎn)化的過程中，發(fā)電機又處在核心環(huán)節(jié)。按照發(fā)電機運行但方式的不同，風力發(fā)電系統(tǒng)可以劃分為恒速、變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)。若采用的是并聯(lián)的電路連接方式，則風力發(fā)電機的發(fā)出頻率必須要保持穩(wěn)定。

1、恒速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)下，風電場一般會采用普通異步發(fā)電機，這種機組在國外有一個通用的名字----丹麥概念機組。這種機組的特性就是它在運行時，若達到某種狀態(tài)，則會呈現(xiàn)轉(zhuǎn)差率為負值的現(xiàn)象。當處在發(fā)電機狀態(tài)，電機的轉(zhuǎn)差率變動將保持在一個很小的范圍。當風速開始變化時，這時發(fā)電機的轉(zhuǎn)速基本上是不會變化的，這也是該機組的名稱由來。這種機組極少采用變化器（主要由電子電力器件構(gòu)成），除了上述特點外，該機組還有其他一些特點：首先，它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是一種比較簡單的結(jié)構(gòu)，能夠很好地適合野外環(huán)境；其次，機組在工作時無法控制電壓，不利于系統(tǒng)穩(wěn)定，一旦發(fā)生故障也不易修復；另外，由于機組的工作特性，對于零部件的堅固性要求較高。

2、變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)。這種發(fā)電系統(tǒng)可以使機組在保持高轉(zhuǎn)速的情況下依舊穩(wěn)定運行，這種工作原理也逐漸成為一種流行趨勢。這種機組主要有以下幾個特點：首先，由于它采用的是電力電子變頻器，因此它的結(jié)構(gòu)要比其他機組復雜；其次，通過追蹤最大功率，該機組可以保存高速、穩(wěn)定的運轉(zhuǎn)，因此發(fā)電效率很高；另外，風輪機的緩沖作用使得機組的輸出功率不會有太大的變化；還有，風輪機的轉(zhuǎn)速可以很好地適應(yīng)風速變化，因而巧妙地減少了脈沖幅度和機械應(yīng)力，這樣一來，機械的強度要求也就變低了；最后，通過實施一定的控制策略，可以更好地保障電網(wǎng)的安全。

3、兩種變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)。變速恒頻系統(tǒng)又可以細分為同步與異步的風力發(fā)電機系統(tǒng)。同步發(fā)電機系統(tǒng)由電勵磁、永磁同步發(fā)電機系統(tǒng)構(gòu)成；異步發(fā)電機系統(tǒng)則主要是指繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機。同步風力發(fā)電系統(tǒng)的特征主要有以下幾點：首先，所有被發(fā)出的電動率都需經(jīng)過變換器，因而對變換器的要求很高，投資多、損耗大；其次，可以使用永磁發(fā)電機。永磁發(fā)電機以永久磁鐵替代了轉(zhuǎn)子勵磁，結(jié)構(gòu)簡單的同時也比較堅固，因此這種電機比較輕便，發(fā)電效率也較高，可以直接驅(qū)動，直接省去了變速箱這個部件，不僅簡化了步驟，提高了效率，還大大節(jié)約了成本；最后，對于轉(zhuǎn)換器為單象限的，該發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。該系統(tǒng)中的定子繞組會直接連接電網(wǎng)，它能夠有效地調(diào)節(jié)電流頻率，將流經(jīng)變頻器的電流頻率控制在轉(zhuǎn)差功率的范圍，因此這種系統(tǒng)也就擁有了在同類發(fā)電系統(tǒng)中最高的發(fā)電效率，不得不說這一點是其他傳動系統(tǒng)所不能比擬的。

結(jié)語

前文介紹了許多風力發(fā)電技術(shù)以及發(fā)電系統(tǒng)，但也只是簡單闡述，真正具體而深入的知識并未被筆者完全呈現(xiàn)。綜上可見，電力電子技術(shù)在風力發(fā)電中起著關(guān)鍵作用，會直接影響到風力發(fā)電將來的發(fā)展道路，若應(yīng)用得當，將大大節(jié)約風力發(fā)電的成本，為新能源市場貢獻更大的力量。

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