新能源時代電力電子技術在風力發電中的應用探索

高軍

摘 ? ?要：全球經濟的快速發展使人們更加意識到保護和合理使用傳統能源。新能源已成為現代社會發展的焦點。風能是一種非常重要的新能源，具有無限的發展潛力。目前，如何提高風力發電效率仍是人們探索和研究的重點。本文主要論述了電力電子技術在風力發電中的應用。

關鍵詞：新能源時代;電力電子技術;風力發電;應用

1 ?引言

目前，在我國經濟快速發展的背后隱藏著許多問題。隨著電力需求的不斷增加，傳統的煤炭、天然氣等能源消耗也在增加。與此同時，火電廠、火電廠和核電廠的污染物排放也顯著增加。如今，日益嚴重的霧霾現象與此無關。在人們對能源需求增加的同時，環境治理水平也在提高。要求。面對這種形勢，風能和太陽能已成為目前比較樂觀的新能源。對于風能而言，其低污染、低破壞、可再生和可回收的特性使風能發電具有無限的潛力。風力發電是改善當今能源短缺和污染嚴重的形勢的重要途徑。電力電子技術廣泛應用于風力發電中，這增加了對設備、控制和電力傳輸的要求。這是風力發電普及的重要保證。

2 ?簡述電力電子技術以及微電網內容

電力電子技術：電力電子技術作為當前能源技術的重要發展方向，具有能源利用效率高，對周邊環境影響較小，充分發揮良好的經濟效益，提高能源供應的穩定性等特點。對于資源有限、人口眾多的國家來說，充分發揮電力電子技術的優勢和作用，有利于促進社會的可持續發展。微型智能電網"：通過集成電力電子設備，微型智能電網"通常指一組負載的有效組合和微功率源，形成一個系統或小幾何，和相應的連接通過分銷網絡，唯一共同耦合點不僅可以獨立操作，同時聯合行動。微電網中的微電源連接配電網和電力電子開關，可靈活控制。

3 ?風力發電系統中的電力電子器件

常見的風力發電系統中的電力電子器件，主要有以下幾種。

3.1 ?絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）

IGBT模塊是風力發電的主要模塊。它由雙極晶體管BJT和絕緣柵場效應晶體管MOS組成。它屬于一種復合材料全控電壓驅動功率半導體器件。由于它是一種復合器件，具有高輸入阻抗和低通壓降的優點。IGBT可以借助電壓源轉換器實現電流關斷，實現脈寬調制的無源逆變。因此，它有助于在沒有交流電源的情況下定位負載點，并直接從直流終端傳輸電力。當然，風力發電過程中經常受到不可控風速的影響，風向和風穩定性差。這可能會導致風電IGBT模塊溫度異常，導致不同芯片與銅基板之間出現接觸點，導致銅基板與基板之間發生焊接。承受周期性大庫存的熱效應，并伴隨著機械應力的存在。現階段風力發電IGBT模塊多采用基于正弦脈寬調制技術的逆變器，通過控制開發波形實現輸出電流控制。當初始角度改變時，逆變器開始向電網輸送能量，大大提高了諧波系數或畸變系數。

3.2 ?交-直-交變頻器

該裝置主要存在于風力發電的變速恒頻系統中，通過改變頻率將發電機想要完成的電網能量轉移。AC-DC-AC變頻器通過技術改造，解決了AC-AC變頻器原有的輸出電壓諧波多、輸入功率因數低、功率元件應用大等問題。隨著技術的進步，AC-DC-AC變頻可以實現控制策略，可以有效地完成電流在導體中的雙向運動。該技術不僅可以應用于變速恒頻雙饋電機風力發電系統，還可以應用于無刷雙饋電機風力發電系統。在這個階段，一些海域的大型風電場也配備了大量的電力電子變頻技術。通過控制各種有功和無功動作，可以實現所有風力機的智能換擋，綜合利用不穩定的風能，持續降低機組和風電功率。機械應力和噪音，如產生風扇葉片。

3.3 ?矩陣式變換器（MC）

作為一種新型的交流-交流功率變換器，它可以實現交流相位、相位、幅值、頻率等各種參數的轉換，使得風力發電的應用前景更加廣闊。矩陣變換器除去中間直流儲能部分，在四象限運行時產生良好的輸入電流波形和輸出電壓波形。由于可以在多個電流參數下進行調節，可以更好地干預風力發電系統，實現變速恒頻控制，通過捕獲最大風能提高發電效率。

4 ?電力電子技術在風力發電中具體應用途徑分析

4.1 ?風力發電機改造使用

在風力發電系統中，發電機作為重要的組成部分，加強電力電子技術在風力發電系統中的創新應用十分必要。具體而言，即采用變速恒頻風力發電系統，在小風力發電系統內部形成雙饋異步電動機。在此運行機制的形成下，可以促進發電機的節能，提高運輸質量。此外，變速恒頻風力發電系統同時采用多臺多電平同步發電機，可以促進發電系統的優化利用。

4.2 ?風力儲能系統改造使用

實際上，由于風力發電系統的特殊性，需要在實際風力發電系統運行過程中保證發電的穩定性，從而提高風能在單位時間內的運行效率。為了有效地滿足這一要求，需要為風力發電系統提供穩定的動能。然后，經過創新研究，發現使用不間斷電源方式可以在不間斷電源結構的組合下實現組合調整，并與脈寬調制技術和絕緣柵雙極晶體管相結合使用。該系統可為偏遠地區的風力發電系統提供不間斷的動能儲備。

4.3 ?風力發電輸電系統改造使用

由于風力發電系統一般安裝在相對偏遠的地區，如何從偏遠地區輸出電流成為一個問題。在這個系統中，風能傳輸系統的有效利用成為必然。在新能源時代，風電輸電系統的改造和利用具有十分必要的實用價值。目前，風發現行業正在創新、開發和應用高壓直流輸電技術。在長期應用中發現，該技術不僅實際投資成本低，而且傳輸效率高，整體性價比很高。高壓直流傳輸技術集成了各類電流電力電子技術，可以促進IGBT晶體管和GTO關斷晶閘管等元件的充分發揮。經過PWM的創新使用，可以發現整個直流傳輸的效率提高了很多。總的來說，采用這種傳輸技術使整個管理更加穩定具有實際必要的現實意義。

4.4 ?風力發電濾波、補償的電力電子技術應用

風電機組易受配電網諧波污染、供電波動、閃變等影響，不可避免地需要進行濾波和補償處理。目前，濾波和補償技術主要有靜態無功補償和有源電力濾波器兩種。靜態無功補償器SVF在業內屬于國際先進技術。放棄使用大容量電容和電感，主要使用電力電子設備提供的高頻開關來完成無功補償。SVF技術適用于中高壓動態電力系統的無功補償。在實際應用中，可以快速跟蹤負荷變化并進行無功補償，改善風力發電中較為明顯的電壓波動，提高不穩定的電能質量。有源電力濾波器APF的工作原理是選擇電力電子設備中的截止元件，遵循坐標變換的原理，完成瞬時無功控制，主動補償被測對象的電流和電壓。APF會改變負載所需的電源模式，關閉系統電源，并切換到電源控制器產生電流。與普通的靜態動態無功功率補償裝置相比，有源濾波器具有更突出的優點，響應速度快，補償率高，能有效地濾除較高的諧波，實現功率因數的完全補償。

5 ?結束語

總之，風能是目前世界上正在開發和應用的新能源。風力發電具有很好的應用前景。隨著電力電子技術的發展，風力發電系統的許多環節都會得到更好的發展。未來，風力發電效率將持續提高，電能轉換質量將持續改善，風力發電成本將相應降低。風電將在促進經濟建設、改善環境、美化生活等方面發揮積極作用。

參考文獻：

[1] 康爾良，黃善武，蘇顯賀.新型直驅交流勵磁風力發電系統的并網控制策略[J/OL].哈爾濱理工大學學報，2020（2）.

[2] 羅永強.風機發電機中電力電子技術應用[J].科技風，2020（14）.

[3] 薛培，黃衛華，陳方俊.計及風力發電的配電網動態無功優化研究[J].計算技術與自動化，2020（1）.

[4] 孫巧智.關于電力電子技術在微電網中的應用分析[J].電子世界，2020（10）.