電力電子技術在風力發電中的實踐運用探討

駐馬店技師學院 楊明顯

電力電子技術在風力發電中的實踐運用探討

駐馬店技師學院 楊明顯

風能是一種新型資源，主要用于風力發電，并建立了風力發電系統，而電力電子技術作為發電主要使用的技術之一，已經在系統中大量應用，有很多優勢。其實踐應用，可以優化風力發電的效果，保證風力發電的穩定，有大量的電力輸出。

電力電子技術；風力發電；實踐運用

0.引言

風能是可再生能源，污染較低，而隨著經濟的發展，加快了能源的消耗，所以風能的使用有效緩解了能源緊張的問題，控制污染。但建立的風力發電系統需要保持輸電的穩定，控制運行，對使用的設備有較高的要求。電力電子技術與原有的技術相比，有很多優勢，可以解決風力發電系統存在的問題。

1.風力發電系統使用的電力電子器件

一個好的器件，是電力電子技術在系統中應用的基礎，并讓其廣泛應用。風力發電系統主要使用的設備有三個，分別是IGBT、交直交變頻器與矩陣變換器。

1.1 IGBT

IGBT主要負責系統中功率的控制，是功率器件。它可以切斷電流，或是使用PWM技術進行無源逆變，可以讓直流輸電為無交流電源的負荷點輸送電力，但因為風力發電有失穩定，造成IGBT運行時會出現波動，讓芯片與銅片、銅片與基板之間的焊接承受較大的熱-機械應力。對于這一特點，IGBT的SPWN逆變器逐漸廣泛應用。由開關波形的控制，保持電力輸出的穩定，同時，也會改變起初使用角度，把功率因數變成1，向電網運送能源，改善系統功率的運行[1]。

1.2 交直交變頻器

風力發電系統具有便利恒頻的特點，要利用變頻裝置轉化電能，向電網傳遞能量，但經常出現電壓諧波多、側功率不高的情況。交直交變頻器能夠有效解決這一情況，優化了對系統的控制，讓其實現雙向交流，尤其是使用變速恒頻與無刷雙饋電機的系統。同時，海上風電廠使用這項技術，可以進行有功與無功的轉化，使風電機組變速時，也能得到最的風能好，減少產生的機械應利，降低噪音。

1.3 矩陣變換器

矩陣變換器是電力電子技術主要研究的內容，在風力系統中有廣闊的應用空間。這是一種新的電源變換器，實現交流電各參數的變換。對于風力發電系統原有的轉換器，會調節頻率、電壓等數據，用于變頻恒頻控制，得到最大風能的同時進行控制。

2.風力發電系統電力電子技術的實踐

電力電子技術的實踐可以分為四個方面，其一是風力發電機系統，其二是發電系統的儲能技術，其三是輸電技術，其四是風力發電的濾波、補償。

2.1 風力發電機系統

以往風力發電機的控制方式是失速控制，或是主動時速控制，但因為其功率不穩，致使發電不穩定，產生的電能較少，很難滿足人們對電能的需求，逐漸被社會取代。但電力電子技術應用后，系統使用的變速恒頻風力發電機系統，其會改變當下的現狀。現在其主要使用變速恒頻變漿距調節系統，該系統中有雙饋感應電機，中途電能不需要經過無功補償器，減少了電能的消耗，提高了輸電的效率與質量。同時，電力電子中的變換器與變速變槳系統也在發電機系統中大量應用，它會把變速箱從系統中剔除，使系統結構更加清晰[2]。

2.2 發電系統的儲能技術

風力系統的發電量會由風速決定，具有不穩定的特點，影響發電的穩定性，并且，風能不可以直接儲存，但為了讓供電穩定，需要儲存產生的風能，使用儲藏技術。現在，系統會使用蓄電池存放，有良好的優越性，是主要的儲能方式。除蓄電池外，用超導線圈儲存也是儲存的方式，但因為開始研究的時間較晚，很難實現普及。另外，不間斷電源的特點是，如果輸入電流中斷，它依然可以持續供電，并且又因為風力發電具有隨機性，其應用受到很大的重視。它在電力電子技術實踐中，會使用多個現代器件，使系統電能的運輸更加可靠，提高了輸電的效率，而對于位置偏遠的發電站，其也可以普及，發揮優勢[3]。

2.3 輸電技術

風力發點最基本的要求是有充足的風能，這就造成發電廠選擇的位置較遠，且輸電不穩定。現在，系統使用的是交流輸電系統，但這一方式有很多不足，其未來的發展趨勢是高壓直流輸電技術，其可以實現異步聯網，有很高的相加比，結構簡潔、優越，可以在不同的環境中應用，是電力電子技術主要應用的技術，其主要體現為會使用可斷開電流的器件，并使用PWM技術，投入的成本很少，得到的質量更高，加快了技術的普及。此外，輕型直流輸電的應用也可優化系統的輸電，主要用于海上發電廠，不會輕易故障。

2.4 風力發電的濾波、補償

風力發電機組的位置在電網的最后，很容易被諧波污染，出現電源波動與善變，所以需要進行濾波，并對電能進行補償。它會使用兩種技術，一種是靜止無功補償器，另一種是有源電力濾波器。

首先，靜止無功補償器是當下最先進的補償裝置，其可以減小電容器的容量，電感器發出無功功率，并用器件的高頻開關控制，使無功補償技術有很大的飛躍，主要用于中高壓的電力系統。現在，它已經在風力發電系統中廣泛應用，實施跟蹤負荷的變化，加以補償。其應用會減少電壓的波動，保持穩定，提高電能質量。

其次，有源電力濾波器是，使用可關斷的器件，采用坐標變換原理進行控制，檢測補償對象目前的電流與電壓，用電力控制器控制，向負荷提供畸變電流，從而讓系統得到電流達到預期的設想。它與SVC比較后，會在很短的時間內響應，電壓容易波動，閃變補償出現的次數更多，提高了控制的水平，減少諧波的影響。

3.結語

風力發電系統因為具有低碳的特點，有廣泛的應用前景，受到了人們的廣泛關注，而風力發電系統運行時，電力電子技術是運行的關鍵，因為風力發電系統具有不穩定的特點，且需要穩定的電能，而電力電子技術的實踐，會通過風力發電機系統、發電系統的儲能技術、輸電技術、風力發電的濾波補償四方面，提高發電的效率，保持發電的穩定，減少成本的的使用，減少對環境的污染，提高人們生活的質量。

[1]楊慧穎,鄔嘉鳴,張波,杜敏.風力發電中電力電子技術的應用[J].山東電力高等專科學校學報,2012,04:59-62+56.

[2]姐金嶺.電力電子技術在風力發電系統中的應用[A].《建筑科技與管理》組委會.2015年6月建筑科技與管理學術交流會論文集[C].《建筑科技與管理》組委會,2015:2.

[3]師苑,劉玉叢,崔春峰.電力電子技術在風力發電中的應用[J].電子質量,2013,07:34-36.

楊明顯（1980—），男，河南上蔡人，大學本科，講師，研究方向：電子技術應用。