风力发电机领域电力电子技术的应用范文

【关键词】新能源；电力电子技术；风力发电

据EIS统计，1990年全球二氧化碳排放量为215.6亿吨，到2001年增加到239亿吨，预计到2025年将增加到371.2亿吨，我国是一个能源消耗大国，人均消耗标准煤量在八百千克，其中全球人均标准消耗煤量只有我国人均的三分之一不到，面对着资源短缺的严峻挑战，势必需要积极发展循环经济，建设节约型能源，1997年到2004年间，全球风电装机容量平均增长率为26.1%，风电发电量占全球总用电量的0.5%，预计到2020年风力发电比重将提升到12%，这对于电子电力在风力发电领域的进一步深入应用起到了十分良好的促进作用。

1电力电子器件在风力发电领域中的应用介绍

1.1IGBT

作为风力发电中最为重要的功率器件之一，IGBC的电压源流器具备着关断电流的主要作用，通过采用PWM技术来实现无源逆变，这对于直流输电向无交流电源的负荷点送电具有重要作用，但是由于风力发电过程中风速并不稳定，因此在风力发电的过程中IGBT模块的温度始终无法得到一个统一的调控，过高或过低的温度都会导致芯片与铜底片之间或者铜底片与基板之间焊接部分所承受的周期性负荷过高。针对这些问题，目前大力推广IGBC的“H”型SPWM逆变器应用于风力发电中，其原理是通过控制其开关波形，对输出的电流进行控制，并且改变初始角度来促使逆变器以功率因素为一的方式对电网输送能源，这对于畸变因素有着良好的改进作用。

1.2交直交变频器

变频装置系统主要作用在于变频恒频风力发电系统中起到一个能量传递的作用，其中交直交变频器能有有效克制交变频器的输出电压谐波多问题，针对输入测功率因数低以及功率元件数量过多等问题，起到一个控制策略的实现作用，其主要适用于变速恒频双馈电机风力发电系统以及无刷双馈电机风力发电系统。并且在海上风电场采用电力电子变频器还可以针对有功与无功的控制实现一个稳定维持，使其以最低的机械应力与噪音获取最高的风能。

1.3矩阵变换器

矩阵变换器一直是电力电子技术研究的热门之一，在整个风力发电系统中有着较为开阔的发展前景，并且作为新型的交电源编花器，其对于交流电主参数的变换可以实现系统发方面的多角度实现，并且相对于风力发电系统中以往的变换器，其功能更加强大，可以通过调节输出频率，电流以及电压等对变速恒频实现控制，并且可以最大化的实现风能捕获，与有功功率与无功功率的解耦控制。

2电力电子技术在风力发电中的应用研究

目前，随着清洁环保资源的不断研究与发展，除了水力发电以外，风力发电占据了全球可再生能源发展与研究的重要地位，并且风力发电是目前能够具备大规模商业开发价值以及技术较为成熟的一种新能源。

2.1风电并网技术应用

风电并网技术具备着良好的稳定性与可靠性，其是目前电子电力技术在风力发电研究中主趋势之一，风电并网的运行与电力电子应用技术的研究有着十分紧密的联系，主要有以下两种方式：方式一直接与电网相连；方式二借助电力电子器件所组成的变换器实现与电网相连。首先，直接与电网相连接，可以在消耗与克制异步发电机并网瞬间所产生的强大冲击流，在配有软并网装置的发电装置上，通过在异步发电机定子与电网之间所嵌入的双向晶闸管，实现并网后由一个接触器来操作动合触头实现短接。目前我国采用最多的就是变速双馈异步发电机与变速同步发电机进行风力发电研究，由于其结构特征与技术要求都十分高，势必需要电力电子技术的支撑与改进。

2.2变速恒频发电系统在风力发电中的应用

风力发电最大劣势就是不稳定，其稳定效果较差，目前我国风电并网较为常用的是异步店里发电机组运行模式，该运行模式主要应用的是风电并网技术，而风电并网技术最大的劣势就是不稳定性，并且不易被控制，因此风力变化属于自然因素，其自然因素具有不可抗力，风速与风向都无法实现人为控制，即使在未来科学技术发展到一定程度风速与风向可以实现人为操作，但是成本也会务必巨大，因此，在短时间内要想即采用风力发电还要改善这一不稳定因素所导致的种种问题，那么采用变速恒频发电系统这一技术就十分重要，即使在风速与风力都不可逆的时候，风力与风速发生了巨大的变化，采用这一技术也可以稳定输出功率的频率，减少不必要的损失。如图1所示。但是就目前的研究技术而言，还存在很多难题亟待攻克，像是并网问题以及风机控制等方面的系统操作都对风力发电的未来发展有着一定的阻碍，要想更进一步的实现风力发电的最大值效益化，那么采用更加先进的电力电子技术与风力发电系统的融合十分重要。

2.3恒速恒频发电系统在风力发电中的应用

恒速恒频系统所采用的是普通异步发电机，其主要是超同步状态运行，并且我们常见的这一类风力机主要有三个叶片，在北方一些高山发电区域极为常见，其主轴系统通过高速轴与低速轴的齿轮箱相联系而运转。目前在我国恒速恒频风电机组应用的较为普遍，该风电机组一般情况下不适用电力电子期间，主要应用可控硅来对电阻中的电流的速度进行调整，该风电机组虽然在国内应用交广，但是也存在很明显的弊病，由于该风电机组采用的是三叶式桨叶发电模式，等风速达到一定程度，假若风速达到最高值，那么桨叶运转速度也会达到最高值，此时就会产生较高的机械应力，这时候风电机组的主轴，齿轮箱与发电机都会由于速度过快而产生磨损，这对整个发电系统都是一种不可避免的损耗，此外恒速恒频风电机组发电系统在运转的过程中，即使是正常运转对于电压始终都无法提供支持，假设出现电网故障，那么将是全面瘫痪，这一直都是使用恒速恒频发电系统较为严峻的难题之一，同时也作为普通异步电机的典型问题代表。

3电力电子技术在风力发电中的应用展望

首先风力发电的发展一直备受全球关注，并且作为全球可循环清洁环保资源其技术研究也在不断加强，而要想风力发电发挥更大的效益与作用，那么结合现代科学的电力电子技术势在必行，首先要解决目前所存在的问题，例如并网过程中由于风速与风力不稳定所导致的电流过大对发电装置造成的磨损问题等，针对这些问题制作有效地应急方案跟处置方案，其次，风电机组如何实现固定风速运转也是一直在攻克的难题之一，采用永磁多极同步发电机组所产生的交流电通过整流器转变为直流电，虽然经过一定的技术改造进入了电网，减少了并网过程中的大量电流冲击，但是系统稳定性还需要进一步加强。如何进一步提高我国电力电子技术在风电发电系统中的应用还有很长的一段路要走。

4结论

本文主要针对风力发电中的主要电力电子器件进行一个简单的介绍，随后针对电力电子技术在风力发电领域中的应用进行分析，本文还存在许多不足之处以及有待于进一步提高之处，还需要更多的技术支持。目前，风力发电系统中的控制算法已经大量应用于风力发电电力技术当中，其变桨距控制以及最优功率控制策略等已经逐渐成为目前电力电子技术的研究主方向之一。

参考文献

[1]双馈风力发电机组柔性并网及低电压穿越技术研究[D].重庆理工大学,2018.

[2]佚名.大功率电力电子技术在我国直流输配电领域的应用[J].智慧电力,2017(8).

[3]焦蔚然.浅述电力电子技术在电力系统中的应用[J].中国新通信,2018,20(10):218.

[4]何东升,刘永强.直驱式永磁风力发电机软并网与功率调节的控制集成[C].新能源发电中控制及电力电子技术研讨会,2007.

作者：朱希华 单位：北方国际合作股份有限公司