摘 要：隨著時(shí)代經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，風(fēng)力這一可再生能源，其風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的容量逐漸增大，同時(shí)伴隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代化風(fēng)力發(fā)電變流器不僅僅要有著相對較高的功率密度和優(yōu)良的控制性能，同時(shí)也要有著較為高的可靠性，進(jìn)而促進(jìn)我國國民經(jīng)濟(jì)的整體發(fā)展。文章則對我國風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電變流器的發(fā)展趨勢積極探索。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；變流器；發(fā)展趨勢

引言

21世紀(jì)的今天，風(fēng)作為地球上的一種自然現(xiàn)象，逐漸受到了人們的關(guān)注，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)運(yùn)而生對全球經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展有著一定的積極促進(jìn)作用。同時(shí)風(fēng)能作為一種可再生能源，不僅僅取之不盡，同樣也是用之不竭的，相對來說其能源有著一定的清潔性。而風(fēng)力發(fā)電變流器隨著科學(xué)技術(shù)的日益成熟，其風(fēng)力發(fā)電機(jī)組自身同樣也得到了一系列的改善，其發(fā)展應(yīng)用前景相對廣闊。因此文章對風(fēng)力發(fā)電變流器發(fā)展趨勢進(jìn)行探討分析有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

1 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及其技術(shù)的發(fā)展

1.1 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)

風(fēng)力發(fā)電作為近些年來世界上增長相對較快的一種能源，逐漸成為能源核心發(fā)展戰(zhàn)略之一。就目前而言，中國風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘恐饾u增大，同時(shí)風(fēng)力發(fā)電同樣也取得了較快的進(jìn)步。當(dāng)前我國風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要有雙饋型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)和同步直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)兩種。

就典型的雙饋型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)而言，其風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要有多級齒輪、雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)以及背靠背雙PWM變流器，定子側(cè)通過和電網(wǎng)直接相連接，其轉(zhuǎn)子側(cè)借助于背靠背雙PWM變流器和電網(wǎng)有機(jī)的相連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的變速恒頻運(yùn)行。

而同步直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的同步發(fā)電機(jī)的輸出頻率在某種程度上和電壓隨著轉(zhuǎn)速的變化逐漸發(fā)生著變化，現(xiàn)代市場上的直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要有電激磁同步發(fā)電機(jī)和永磁同步發(fā)電機(jī)兩種，同時(shí)同步直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要是對全功率變流器加以采用，于塔筒底部放置。

雙饋型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)勢主要有著較高的電極轉(zhuǎn)速和較小的體積重量，同時(shí)變流器中僅僅通過轉(zhuǎn)差功率，其容量相對較小，而雙饋型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的多級齒輪箱不僅僅存在一定的摩擦損耗和發(fā)熱等情況，同時(shí)還需要定期的進(jìn)行維護(hù)。而同步直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)有著較小的機(jī)械噪音，系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性相對較高，但是其發(fā)電機(jī)有著相對較低的轉(zhuǎn)速和較高的轉(zhuǎn)矩。

1.2 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢

隨著時(shí)代經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的日新月異，現(xiàn)代化風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在實(shí)際的發(fā)展過程中逐漸趨向于高效能以及低成本上的發(fā)展。在將風(fēng)力發(fā)電效率顯著提高的同時(shí)，并將其成本顯著降低，對電能的質(zhì)量進(jìn)行改善，將噪音降低，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在未來的發(fā)展過程中，不僅僅使得其單機(jī)容量逐漸穩(wěn)步上升，同時(shí)其直驅(qū)式和半直驅(qū)式的傳動(dòng)系統(tǒng)的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。相信電力發(fā)電技術(shù)在未來的發(fā)展過程中，永磁同步發(fā)電機(jī)的應(yīng)用也是相對較為廣泛的，同時(shí)其風(fēng)力發(fā)電技術(shù)將會(huì)對變流器的容量以及其可靠性有著越來越高的要求。

總而言之，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在未來的發(fā)展過程中，將會(huì)順應(yīng)當(dāng)今時(shí)代發(fā)展的潮流，其變流器的容量將會(huì)越來越大，而其風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行將會(huì)更加的可靠，進(jìn)而廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)的蓬勃發(fā)展中。

2 風(fēng)力發(fā)電變流器控制系統(tǒng)發(fā)展

風(fēng)能發(fā)電具有可持續(xù)的發(fā)展特點(diǎn)，利用可再生資源，為人們的生活、生產(chǎn)創(chuàng)造綠色有機(jī)能源。在環(huán)境遭受巨大大量的污染排物的壓力下，建立高效能、低污染的發(fā)電控制系統(tǒng)成為當(dāng)前的電廠的工作重點(diǎn)。其中風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)包括發(fā)電機(jī)組控制單元、遠(yuǎn)程控制操作站和高速光纖網(wǎng)絡(luò)等部分組成。電機(jī)組控制單元設(shè)計(jì)要求高，多設(shè)置在大型風(fēng)電場，是風(fēng)機(jī)的指揮中心，分布在機(jī)組的機(jī)艙和塔筒內(nèi)，用來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)發(fā)電控制、設(shè)備保護(hù)、參數(shù)監(jiān)視等功能，具有很強(qiáng)的抗電磁干擾和適應(yīng)能力。每個(gè)程控制中心都配有專業(yè)人員，對運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和檢測，負(fù)責(zé)風(fēng)機(jī)設(shè)備的調(diào)試、操作和維護(hù)工作，保證機(jī)組的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；光纖網(wǎng)絡(luò)是數(shù)據(jù)的主要傳輸渠道，將機(jī)組的數(shù)據(jù)及時(shí)地反映到監(jiān)控平臺，實(shí)現(xiàn)對發(fā)電流程的智能化控制。風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)的三個(gè)發(fā)展層次為：保證可靠運(yùn)行——獲取最大能量——保持良好的供電質(zhì)量。二十世紀(jì)八十年代，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)、運(yùn)行的安全性始終是電力開發(fā)中存在的問題，系統(tǒng)開發(fā)人員分別采取了軟并網(wǎng)技術(shù)、偏航與自動(dòng)解纜技術(shù)、空氣動(dòng)力剎車技術(shù)等進(jìn)行解決。九十年代至今，發(fā)電控制技術(shù)又從定槳距恒速運(yùn)行技術(shù)向變槳距變速運(yùn)行技術(shù)方向發(fā)展，基本實(shí)現(xiàn)理想的供電狀態(tài)。

2.1 并/脫網(wǎng)系統(tǒng)控制

此控制系統(tǒng)為電力的安全運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)，提高了電機(jī)起動(dòng)速度，預(yù)防電機(jī)停止造成的生產(chǎn)癱瘓局面。當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定時(shí)速時(shí)，執(zhí)行并網(wǎng)操作。采用晶閘管軟切入并網(wǎng)的方法減小對電網(wǎng)的沖擊。當(dāng)軟切入時(shí)，監(jiān)視三相電流的平衡度并限制發(fā)電機(jī)并網(wǎng)的電流，若不平衡度超過限制范圍則需停機(jī)。此外，軟切入裝置還能令風(fēng)力發(fā)電機(jī)在較低風(fēng)速下起動(dòng)。當(dāng)風(fēng)速低于切入時(shí)，應(yīng)將發(fā)電機(jī)脫離電網(wǎng)，并在每秒風(fēng)速小于4m時(shí)，行使機(jī)械制動(dòng)。高原地區(qū)風(fēng)速變化較大，為了實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定工作狀態(tài)，必須制定風(fēng)力控制方案。當(dāng)變槳直流母線電壓持續(xù)低于480V/3s時(shí)，啟動(dòng)報(bào)警裝置；當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度分別超過或低于上、下限值時(shí)，停機(jī)處理；當(dāng)漿液電容壓力小于400V時(shí)，停機(jī)。

2.2 電流傳輸系統(tǒng)控制

串聯(lián)型有源電力濾波器（圖1）是抑制諧波的有效途徑，它主要由絕緣柵雙極型晶體管構(gòu)成的逆變器組成。對諧波進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，濾波器通過變壓器T被串聯(lián)在逆變器和電源之間，而C和L用作抑制濾波器產(chǎn)生的高頻噪音。此時(shí)，串聯(lián)型有源電力濾波器充當(dāng)受控電壓源的作用，產(chǎn)生的諧波電壓和負(fù)荷載諧波電壓方向相反、但大小相等，因此達(dá)到抵消的效果，同時(shí)，使流入電網(wǎng)中的電流與正弦波相近，達(dá)到補(bǔ)償諧波的目的。

圖1

2.3 變流器控制策略

低電壓穿越是風(fēng)力發(fā)電企業(yè)必須具備的一項(xiàng)技術(shù)，為了在電壓波動(dòng)時(shí)，保持供電線路并網(wǎng)和安全運(yùn)行，必須制定低壓穿越控制策略。低壓穿越的制約因素是變流器的容量小，導(dǎo)致電壓跌落時(shí)具有加大對危險(xiǎn)性。定子/轉(zhuǎn)子連接電網(wǎng)時(shí)，需要經(jīng)過變流器，變流器電壓值的控制問題會(huì)對電網(wǎng)的正常運(yùn)行造成影響。要想解決這個(gè)問題，需要對變流器的過流值和耐壓值進(jìn)行進(jìn)行調(diào)整，增大電流流量，提高直流電壓，儲存更多電量，使變流器在短時(shí)間內(nèi)能夠處理更多的電流，保證有足夠的能量穿越低壓。endprint

3 風(fēng)力發(fā)電變流器的發(fā)展趨勢

一般而言，風(fēng)力發(fā)電變流器作為電網(wǎng)和風(fēng)力發(fā)電的主要接口，不僅僅要嚴(yán)格的控制其風(fēng)力發(fā)電機(jī)，同時(shí)還要對風(fēng)機(jī)控制器加以配合，并在某種程度上將對風(fēng)能的最大捕獲最終實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而提供優(yōu)質(zhì)的電能供電網(wǎng)使用。風(fēng)力發(fā)電變流器的關(guān)鍵技術(shù)主要有變流器頂層電氣設(shè)計(jì)、變流器控制技術(shù)、變流器散熱設(shè)計(jì)等幾種，其各自發(fā)展方向如下。

3.1 變流器頂層電氣設(shè)計(jì)發(fā)展

電力發(fā)電變流器在實(shí)際的發(fā)展過程中，主要是對變流器拓?fù)湫问?、參?shù)范圍以及通信接口方式加以涵蓋，就雙饋型系統(tǒng)而言，變流器主要是對雙PWM變流器加以采用，并對功率的雙向流動(dòng)加以保證。在對背靠背雙PWM全控拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)加以采用的前提下，并保證機(jī)側(cè)電流諧波全面減少，并對電機(jī)的多種控制策略加以實(shí)現(xiàn)。同時(shí)信息實(shí)時(shí)交換和能量管理的前提則是有著相對可靠和標(biāo)準(zhǔn)的通信方式，而在變流器實(shí)際的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，通過對信息技術(shù)加以融合，并保證其通信方式有著一定的可靠性和快捷性，最大程度上對系統(tǒng)的可靠保護(hù)加以實(shí)現(xiàn)。

3.2 變流器控制技術(shù)發(fā)展

對于雙饋和永磁直驅(qū)變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)而言，主要是對背靠背雙PWM變流器加以此阿勇，其能量有著雙向流動(dòng)的特點(diǎn)。而永磁同步電機(jī)直驅(qū)系統(tǒng)主要是對轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩和電機(jī)勵(lì)磁的解耦控制，進(jìn)而保證發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀況下處于變速恒頻狀態(tài)。永磁直驅(qū)型變流器系統(tǒng)在將發(fā)電機(jī)發(fā)出的邊頻率和變幅值的交流電能逐漸逐漸為工頻電能的同時(shí)，往往需要風(fēng)機(jī)控制器的配合，該系統(tǒng)在實(shí)際的運(yùn)行過程中，往往需要對電網(wǎng)側(cè)逆變器加以控制，并將有功傳輸和無功補(bǔ)償加以實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)傳輸過程中有著相對穩(wěn)定的電功率，盡可能的選取合適的濾波器對電能質(zhì)量進(jìn)行保證。

3.3 變流器散熱技術(shù)發(fā)展

變流器散熱設(shè)計(jì)的過程中，由于風(fēng)電機(jī)組實(shí)際的工作狀態(tài)往往處于相對惡劣的環(huán)境中，難免受到各種自然環(huán)境因素的直接影響，同時(shí)風(fēng)電機(jī)組在實(shí)際的工作中，難免存在高強(qiáng)度的熱能，對于如何對對變流器進(jìn)行合理的散熱成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)之一。

變流器在實(shí)際的散熱設(shè)計(jì)過程中主要是對兩電平拓?fù)浼右圆捎?，在對三電平結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加以采用的同時(shí)，其系統(tǒng)的成本顯著增大。而變流器結(jié)構(gòu)以及其散熱系統(tǒng)，盡可能的增加防鹽霧腐蝕和潮濕，并對其體積進(jìn)行嚴(yán)格的限制，在實(shí)際的大功率變流器中主要是對液體閉式循環(huán)散熱和空氣循環(huán)冷卻相結(jié)合的方式加以采用，并借助于海水對其外部進(jìn)行冷卻處理。

3.4 風(fēng)力發(fā)電變流器發(fā)展趨勢

風(fēng)力發(fā)電變流器在實(shí)際的發(fā)展過程中，一方面要求變流器的功率密度更要不斷的提高，并保證風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的過程中有著相對較高的可靠性和較為便利的維護(hù)性，盡可能的對功率等級相對較高的半導(dǎo)體器件加以采用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其模塊化的設(shè)計(jì)。另一方面則要降低風(fēng)能的損耗，并對器件的功率處理能力充分發(fā)揮，將設(shè)備體積顯著減少，提高電壓電流的等級，使得其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有著一定的靈活多樣性。

3.4.1 高頻率密度、通用模塊化設(shè)計(jì)

在風(fēng)力發(fā)電組容量不斷增加的需求下，也就必須要不斷的提高變流器的功率密度，基于未來海上風(fēng)場環(huán)境的需求，也需要風(fēng)力系統(tǒng)具有較高的可靠性以及維護(hù)方便性。所以需要借助于功率等級更高的半導(dǎo)體器件和模塊化設(shè)計(jì)方法。在現(xiàn)今風(fēng)電變流器中，IGBT開關(guān)器件得到廣泛的應(yīng)用，但是在變流器容量不斷增加趨勢下，必須要不斷的推廣功率等級更高的IGCT。但是這一器件所運(yùn)用的是平板結(jié)構(gòu)，必須通過上下兩個(gè)散熱面將其工作中產(chǎn)生的損耗傳導(dǎo)出來，基于這一情況，也就為器件的功率處理能力以及設(shè)備體積的減少提供了相應(yīng)的條件。這一模式設(shè)計(jì)包括8個(gè)IGCT單元、水冷回路以及吸收電路，在對其中IGCT任何一個(gè)單元取出的時(shí)候，均不需要對母排和水管超拆卸，同時(shí)在沒有保險(xiǎn)管的環(huán)境下，智能保護(hù)系統(tǒng)能夠確保IGCT出現(xiàn)損害，也不會(huì)引起其他部件的損壞，可見其具有較高可靠性和可維護(hù)性。

3.4.2 不斷深入研究低壓穿越問題

隨著風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量的不斷擴(kuò)大，低電壓穿越能力對于電網(wǎng)產(chǎn)生的影響作用也不斷增強(qiáng)，變流器也正好是這一需求的直接承擔(dān)者。所以風(fēng)電機(jī)組是否能夠?qū)鹆Πl(fā)電類似傳軸可靠性標(biāo)準(zhǔn)滿足，也成為其變流器設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。想要確保在風(fēng)電機(jī)組出現(xiàn)嚴(yán)重電網(wǎng)榮愛東的時(shí)候，低電壓穿越技術(shù)可以不間斷運(yùn)行，同時(shí)對電網(wǎng)提供無功，就必須要對發(fā)電機(jī)組和變流器控制強(qiáng)化設(shè)計(jì)，以此避免出現(xiàn)電壓崩潰的危險(xiǎn)。目前從國外直驅(qū)風(fēng)電產(chǎn)品與其應(yīng)用情況來看，為滿足新電網(wǎng)規(guī)則關(guān)于低電壓穿越及無功支持的相關(guān)需要，這些具有功能集成的產(chǎn)品已經(jīng)得到一定的實(shí)際應(yīng)用，由此可以看出低電壓穿越和無功支持在現(xiàn)代大型風(fēng)電機(jī)組中具有重要作用。我國關(guān)于其研究還存在兩個(gè)方面的問題，其一必須盡快推出其相關(guān)的正式標(biāo)準(zhǔn)，其二需要依照其具體的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建相應(yīng)的試驗(yàn)平臺。另外在關(guān)于無功支持實(shí)現(xiàn)過程中，就怎樣對多臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)無功功率實(shí)施協(xié)調(diào)控制，以能夠得到更好的風(fēng)電場電壓控制效果，也就成為其研究的重點(diǎn)。變流器的無功調(diào)節(jié)的控制目標(biāo)一般是風(fēng)電場接入點(diǎn)電壓水平控制，借助于接入變流系統(tǒng)，能夠通過變流器對其電壓實(shí)施快速控制，從而對其自身輸出無功功率功能有效實(shí)現(xiàn)。

總而言之，風(fēng)力發(fā)電變流器發(fā)展過程中，更應(yīng)該加強(qiáng)對低壓穿越問題的研究力度，并盡可能的保證變流器設(shè)計(jì)過程中的安全可靠性，將電壓崩潰的危險(xiǎn)顯著減少。

4 結(jié)束語

近年來，隨著時(shí)代經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的日新月異，能量作為客觀世界構(gòu)成的重要要素之一，直接影響著全球經(jīng)濟(jì)整體上發(fā)展。同時(shí)伴隨著人類社會(huì)的共同進(jìn)步，現(xiàn)代化的全球能源的需求量逐漸增加，同時(shí)風(fēng)力作為一種新型的自然能源，備受人們的關(guān)注。文章在對風(fēng)力發(fā)電變流器發(fā)展趨勢進(jìn)行探討分析的過程中，首先闡述了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)以及其發(fā)展趨勢，并分析了其風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢，進(jìn)而淺析了風(fēng)力發(fā)電變流器的關(guān)鍵技術(shù)，最后探討總結(jié)了風(fēng)力發(fā)電變流器的具體發(fā)展趨勢，以供參考。

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作者簡介：黃繼濤（1972，6-），男，籍貫：遼寧岫巖，民族：漢，職稱：電氣工程師（中級），學(xué)位：學(xué)士學(xué)位，研究方向：發(fā)電廠運(yùn)行與檢修及管理，單位：湖南華電郴州風(fēng)力發(fā)電有限公司。endprint

3 風(fēng)力發(fā)電變流器的發(fā)展趨勢

一般而言，風(fēng)力發(fā)電變流器作為電網(wǎng)和風(fēng)力發(fā)電的主要接口，不僅僅要嚴(yán)格的控制其風(fēng)力發(fā)電機(jī)，同時(shí)還要對風(fēng)機(jī)控制器加以配合，并在某種程度上將對風(fēng)能的最大捕獲最終實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而提供優(yōu)質(zhì)的電能供電網(wǎng)使用。風(fēng)力發(fā)電變流器的關(guān)鍵技術(shù)主要有變流器頂層電氣設(shè)計(jì)、變流器控制技術(shù)、變流器散熱設(shè)計(jì)等幾種，其各自發(fā)展方向如下。

3.1 變流器頂層電氣設(shè)計(jì)發(fā)展

電力發(fā)電變流器在實(shí)際的發(fā)展過程中，主要是對變流器拓?fù)湫问健?shù)范圍以及通信接口方式加以涵蓋，就雙饋型系統(tǒng)而言，變流器主要是對雙PWM變流器加以采用，并對功率的雙向流動(dòng)加以保證。在對背靠背雙PWM全控拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)加以采用的前提下，并保證機(jī)側(cè)電流諧波全面減少，并對電機(jī)的多種控制策略加以實(shí)現(xiàn)。同時(shí)信息實(shí)時(shí)交換和能量管理的前提則是有著相對可靠和標(biāo)準(zhǔn)的通信方式，而在變流器實(shí)際的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，通過對信息技術(shù)加以融合，并保證其通信方式有著一定的可靠性和快捷性，最大程度上對系統(tǒng)的可靠保護(hù)加以實(shí)現(xiàn)。

3.2 變流器控制技術(shù)發(fā)展

對于雙饋和永磁直驅(qū)變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)而言，主要是對背靠背雙PWM變流器加以此阿勇，其能量有著雙向流動(dòng)的特點(diǎn)。而永磁同步電機(jī)直驅(qū)系統(tǒng)主要是對轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩和電機(jī)勵(lì)磁的解耦控制，進(jìn)而保證發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀況下處于變速恒頻狀態(tài)。永磁直驅(qū)型變流器系統(tǒng)在將發(fā)電機(jī)發(fā)出的邊頻率和變幅值的交流電能逐漸逐漸為工頻電能的同時(shí)，往往需要風(fēng)機(jī)控制器的配合，該系統(tǒng)在實(shí)際的運(yùn)行過程中，往往需要對電網(wǎng)側(cè)逆變器加以控制，并將有功傳輸和無功補(bǔ)償加以實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)傳輸過程中有著相對穩(wěn)定的電功率，盡可能的選取合適的濾波器對電能質(zhì)量進(jìn)行保證。

3.3 變流器散熱技術(shù)發(fā)展

變流器散熱設(shè)計(jì)的過程中，由于風(fēng)電機(jī)組實(shí)際的工作狀態(tài)往往處于相對惡劣的環(huán)境中，難免受到各種自然環(huán)境因素的直接影響，同時(shí)風(fēng)電機(jī)組在實(shí)際的工作中，難免存在高強(qiáng)度的熱能，對于如何對對變流器進(jìn)行合理的散熱成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)之一。

變流器在實(shí)際的散熱設(shè)計(jì)過程中主要是對兩電平拓?fù)浼右圆捎?，在對三電平結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加以采用的同時(shí)，其系統(tǒng)的成本顯著增大。而變流器結(jié)構(gòu)以及其散熱系統(tǒng)，盡可能的增加防鹽霧腐蝕和潮濕，并對其體積進(jìn)行嚴(yán)格的限制，在實(shí)際的大功率變流器中主要是對液體閉式循環(huán)散熱和空氣循環(huán)冷卻相結(jié)合的方式加以采用，并借助于海水對其外部進(jìn)行冷卻處理。

3.4 風(fēng)力發(fā)電變流器發(fā)展趨勢

風(fēng)力發(fā)電變流器在實(shí)際的發(fā)展過程中，一方面要求變流器的功率密度更要不斷的提高，并保證風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的過程中有著相對較高的可靠性和較為便利的維護(hù)性，盡可能的對功率等級相對較高的半導(dǎo)體器件加以采用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其模塊化的設(shè)計(jì)。另一方面則要降低風(fēng)能的損耗，并對器件的功率處理能力充分發(fā)揮，將設(shè)備體積顯著減少，提高電壓電流的等級，使得其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有著一定的靈活多樣性。

3.4.1 高頻率密度、通用模塊化設(shè)計(jì)

在風(fēng)力發(fā)電組容量不斷增加的需求下，也就必須要不斷的提高變流器的功率密度，基于未來海上風(fēng)場環(huán)境的需求，也需要風(fēng)力系統(tǒng)具有較高的可靠性以及維護(hù)方便性。所以需要借助于功率等級更高的半導(dǎo)體器件和模塊化設(shè)計(jì)方法。在現(xiàn)今風(fēng)電變流器中，IGBT開關(guān)器件得到廣泛的應(yīng)用，但是在變流器容量不斷增加趨勢下，必須要不斷的推廣功率等級更高的IGCT。但是這一器件所運(yùn)用的是平板結(jié)構(gòu)，必須通過上下兩個(gè)散熱面將其工作中產(chǎn)生的損耗傳導(dǎo)出來，基于這一情況，也就為器件的功率處理能力以及設(shè)備體積的減少提供了相應(yīng)的條件。這一模式設(shè)計(jì)包括8個(gè)IGCT單元、水冷回路以及吸收電路，在對其中IGCT任何一個(gè)單元取出的時(shí)候，均不需要對母排和水管超拆卸，同時(shí)在沒有保險(xiǎn)管的環(huán)境下，智能保護(hù)系統(tǒng)能夠確保IGCT出現(xiàn)損害，也不會(huì)引起其他部件的損壞，可見其具有較高可靠性和可維護(hù)性。

3.4.2 不斷深入研究低壓穿越問題

隨著風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量的不斷擴(kuò)大，低電壓穿越能力對于電網(wǎng)產(chǎn)生的影響作用也不斷增強(qiáng)，變流器也正好是這一需求的直接承擔(dān)者。所以風(fēng)電機(jī)組是否能夠?qū)鹆Πl(fā)電類似傳軸可靠性標(biāo)準(zhǔn)滿足，也成為其變流器設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。想要確保在風(fēng)電機(jī)組出現(xiàn)嚴(yán)重電網(wǎng)榮愛東的時(shí)候，低電壓穿越技術(shù)可以不間斷運(yùn)行，同時(shí)對電網(wǎng)提供無功，就必須要對發(fā)電機(jī)組和變流器控制強(qiáng)化設(shè)計(jì)，以此避免出現(xiàn)電壓崩潰的危險(xiǎn)。目前從國外直驅(qū)風(fēng)電產(chǎn)品與其應(yīng)用情況來看，為滿足新電網(wǎng)規(guī)則關(guān)于低電壓穿越及無功支持的相關(guān)需要，這些具有功能集成的產(chǎn)品已經(jīng)得到一定的實(shí)際應(yīng)用，由此可以看出低電壓穿越和無功支持在現(xiàn)代大型風(fēng)電機(jī)組中具有重要作用。我國關(guān)于其研究還存在兩個(gè)方面的問題，其一必須盡快推出其相關(guān)的正式標(biāo)準(zhǔn)，其二需要依照其具體的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建相應(yīng)的試驗(yàn)平臺。另外在關(guān)于無功支持實(shí)現(xiàn)過程中，就怎樣對多臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)無功功率實(shí)施協(xié)調(diào)控制，以能夠得到更好的風(fēng)電場電壓控制效果，也就成為其研究的重點(diǎn)。變流器的無功調(diào)節(jié)的控制目標(biāo)一般是風(fēng)電場接入點(diǎn)電壓水平控制，借助于接入變流系統(tǒng)，能夠通過變流器對其電壓實(shí)施快速控制，從而對其自身輸出無功功率功能有效實(shí)現(xiàn)。

總而言之，風(fēng)力發(fā)電變流器發(fā)展過程中，更應(yīng)該加強(qiáng)對低壓穿越問題的研究力度，并盡可能的保證變流器設(shè)計(jì)過程中的安全可靠性，將電壓崩潰的危險(xiǎn)顯著減少。

4 結(jié)束語

近年來，隨著時(shí)代經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的日新月異，能量作為客觀世界構(gòu)成的重要要素之一，直接影響著全球經(jīng)濟(jì)整體上發(fā)展。同時(shí)伴隨著人類社會(huì)的共同進(jìn)步，現(xiàn)代化的全球能源的需求量逐漸增加，同時(shí)風(fēng)力作為一種新型的自然能源，備受人們的關(guān)注。文章在對風(fēng)力發(fā)電變流器發(fā)展趨勢進(jìn)行探討分析的過程中，首先闡述了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)以及其發(fā)展趨勢，并分析了其風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢，進(jìn)而淺析了風(fēng)力發(fā)電變流器的關(guān)鍵技術(shù)，最后探討總結(jié)了風(fēng)力發(fā)電變流器的具體發(fā)展趨勢，以供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]馬偉明，肖飛.風(fēng)力發(fā)電變流器發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].中國工程科學(xué)，2011（1）：236-237.

[2]宋修璞，葛寶明，畢大強(qiáng)，等.具有低電壓穿越功能的雙饋風(fēng)力發(fā)電模擬平臺的設(shè)計(jì)[J].電氣傳動(dòng)，2014（8）：214-215.

[3]曾翔君，張宏韜，李迎基，等.于多相PMSG和三電平變流器的風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012（11）：209-210.

[4]李建林，朱穎，胡書舉，等.風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中大功率變流器的應(yīng)用[J].高電壓技術(shù)，2009（1）：367-368.

[5]李建林，徐少華.直接驅(qū)動(dòng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制策略[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2012（1）：482-483.

[6]魏偉，許勝輝.風(fēng)力發(fā)電及相關(guān)技術(shù)綜述[J].微電機(jī)，2009（4）：157-159.

[7]喻莉.小型風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)變流器的控制研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2010.

作者簡介：黃繼濤（1972，6-），男，籍貫：遼寧岫巖，民族：漢，職稱：電氣工程師（中級），學(xué)位：學(xué)士學(xué)位，研究方向：發(fā)電廠運(yùn)行與檢修及管理，單位：湖南華電郴州風(fēng)力發(fā)電有限公司。endprint

3 風(fēng)力發(fā)電變流器的發(fā)展趨勢

一般而言，風(fēng)力發(fā)電變流器作為電網(wǎng)和風(fēng)力發(fā)電的主要接口，不僅僅要嚴(yán)格的控制其風(fēng)力發(fā)電機(jī)，同時(shí)還要對風(fēng)機(jī)控制器加以配合，并在某種程度上將對風(fēng)能的最大捕獲最終實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而提供優(yōu)質(zhì)的電能供電網(wǎng)使用。風(fēng)力發(fā)電變流器的關(guān)鍵技術(shù)主要有變流器頂層電氣設(shè)計(jì)、變流器控制技術(shù)、變流器散熱設(shè)計(jì)等幾種，其各自發(fā)展方向如下。

3.1 變流器頂層電氣設(shè)計(jì)發(fā)展

電力發(fā)電變流器在實(shí)際的發(fā)展過程中，主要是對變流器拓?fù)湫问?、參?shù)范圍以及通信接口方式加以涵蓋，就雙饋型系統(tǒng)而言，變流器主要是對雙PWM變流器加以采用，并對功率的雙向流動(dòng)加以保證。在對背靠背雙PWM全控拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)加以采用的前提下，并保證機(jī)側(cè)電流諧波全面減少，并對電機(jī)的多種控制策略加以實(shí)現(xiàn)。同時(shí)信息實(shí)時(shí)交換和能量管理的前提則是有著相對可靠和標(biāo)準(zhǔn)的通信方式，而在變流器實(shí)際的通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，通過對信息技術(shù)加以融合，并保證其通信方式有著一定的可靠性和快捷性，最大程度上對系統(tǒng)的可靠保護(hù)加以實(shí)現(xiàn)。

3.2 變流器控制技術(shù)發(fā)展

對于雙饋和永磁直驅(qū)變速恒頻風(fēng)電系統(tǒng)而言，主要是對背靠背雙PWM變流器加以此阿勇，其能量有著雙向流動(dòng)的特點(diǎn)。而永磁同步電機(jī)直驅(qū)系統(tǒng)主要是對轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩和電機(jī)勵(lì)磁的解耦控制，進(jìn)而保證發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀況下處于變速恒頻狀態(tài)。永磁直驅(qū)型變流器系統(tǒng)在將發(fā)電機(jī)發(fā)出的邊頻率和變幅值的交流電能逐漸逐漸為工頻電能的同時(shí)，往往需要風(fēng)機(jī)控制器的配合，該系統(tǒng)在實(shí)際的運(yùn)行過程中，往往需要對電網(wǎng)側(cè)逆變器加以控制，并將有功傳輸和無功補(bǔ)償加以實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)傳輸過程中有著相對穩(wěn)定的電功率，盡可能的選取合適的濾波器對電能質(zhì)量進(jìn)行保證。

3.3 變流器散熱技術(shù)發(fā)展

變流器散熱設(shè)計(jì)的過程中，由于風(fēng)電機(jī)組實(shí)際的工作狀態(tài)往往處于相對惡劣的環(huán)境中，難免受到各種自然環(huán)境因素的直接影響，同時(shí)風(fēng)電機(jī)組在實(shí)際的工作中，難免存在高強(qiáng)度的熱能，對于如何對對變流器進(jìn)行合理的散熱成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)之一。

變流器在實(shí)際的散熱設(shè)計(jì)過程中主要是對兩電平拓?fù)浼右圆捎?，在對三電平結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加以采用的同時(shí)，其系統(tǒng)的成本顯著增大。而變流器結(jié)構(gòu)以及其散熱系統(tǒng)，盡可能的增加防鹽霧腐蝕和潮濕，并對其體積進(jìn)行嚴(yán)格的限制，在實(shí)際的大功率變流器中主要是對液體閉式循環(huán)散熱和空氣循環(huán)冷卻相結(jié)合的方式加以采用，并借助于海水對其外部進(jìn)行冷卻處理。

3.4 風(fēng)力發(fā)電變流器發(fā)展趨勢

風(fēng)力發(fā)電變流器在實(shí)際的發(fā)展過程中，一方面要求變流器的功率密度更要不斷的提高，并保證風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行的過程中有著相對較高的可靠性和較為便利的維護(hù)性，盡可能的對功率等級相對較高的半導(dǎo)體器件加以采用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)其模塊化的設(shè)計(jì)。另一方面則要降低風(fēng)能的損耗，并對器件的功率處理能力充分發(fā)揮，將設(shè)備體積顯著減少，提高電壓電流的等級，使得其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有著一定的靈活多樣性。

3.4.1 高頻率密度、通用模塊化設(shè)計(jì)

在風(fēng)力發(fā)電組容量不斷增加的需求下，也就必須要不斷的提高變流器的功率密度，基于未來海上風(fēng)場環(huán)境的需求，也需要風(fēng)力系統(tǒng)具有較高的可靠性以及維護(hù)方便性。所以需要借助于功率等級更高的半導(dǎo)體器件和模塊化設(shè)計(jì)方法。在現(xiàn)今風(fēng)電變流器中，IGBT開關(guān)器件得到廣泛的應(yīng)用，但是在變流器容量不斷增加趨勢下，必須要不斷的推廣功率等級更高的IGCT。但是這一器件所運(yùn)用的是平板結(jié)構(gòu)，必須通過上下兩個(gè)散熱面將其工作中產(chǎn)生的損耗傳導(dǎo)出來，基于這一情況，也就為器件的功率處理能力以及設(shè)備體積的減少提供了相應(yīng)的條件。這一模式設(shè)計(jì)包括8個(gè)IGCT單元、水冷回路以及吸收電路，在對其中IGCT任何一個(gè)單元取出的時(shí)候，均不需要對母排和水管超拆卸，同時(shí)在沒有保險(xiǎn)管的環(huán)境下，智能保護(hù)系統(tǒng)能夠確保IGCT出現(xiàn)損害，也不會(huì)引起其他部件的損壞，可見其具有較高可靠性和可維護(hù)性。

3.4.2 不斷深入研究低壓穿越問題

隨著風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量的不斷擴(kuò)大，低電壓穿越能力對于電網(wǎng)產(chǎn)生的影響作用也不斷增強(qiáng)，變流器也正好是這一需求的直接承擔(dān)者。所以風(fēng)電機(jī)組是否能夠?qū)鹆Πl(fā)電類似傳軸可靠性標(biāo)準(zhǔn)滿足，也成為其變流器設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。想要確保在風(fēng)電機(jī)組出現(xiàn)嚴(yán)重電網(wǎng)榮愛東的時(shí)候，低電壓穿越技術(shù)可以不間斷運(yùn)行，同時(shí)對電網(wǎng)提供無功，就必須要對發(fā)電機(jī)組和變流器控制強(qiáng)化設(shè)計(jì)，以此避免出現(xiàn)電壓崩潰的危險(xiǎn)。目前從國外直驅(qū)風(fēng)電產(chǎn)品與其應(yīng)用情況來看，為滿足新電網(wǎng)規(guī)則關(guān)于低電壓穿越及無功支持的相關(guān)需要，這些具有功能集成的產(chǎn)品已經(jīng)得到一定的實(shí)際應(yīng)用，由此可以看出低電壓穿越和無功支持在現(xiàn)代大型風(fēng)電機(jī)組中具有重要作用。我國關(guān)于其研究還存在兩個(gè)方面的問題，其一必須盡快推出其相關(guān)的正式標(biāo)準(zhǔn)，其二需要依照其具體的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建相應(yīng)的試驗(yàn)平臺。另外在關(guān)于無功支持實(shí)現(xiàn)過程中，就怎樣對多臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)無功功率實(shí)施協(xié)調(diào)控制，以能夠得到更好的風(fēng)電場電壓控制效果，也就成為其研究的重點(diǎn)。變流器的無功調(diào)節(jié)的控制目標(biāo)一般是風(fēng)電場接入點(diǎn)電壓水平控制，借助于接入變流系統(tǒng)，能夠通過變流器對其電壓實(shí)施快速控制，從而對其自身輸出無功功率功能有效實(shí)現(xiàn)。

總而言之，風(fēng)力發(fā)電變流器發(fā)展過程中，更應(yīng)該加強(qiáng)對低壓穿越問題的研究力度，并盡可能的保證變流器設(shè)計(jì)過程中的安全可靠性，將電壓崩潰的危險(xiǎn)顯著減少。

4 結(jié)束語

近年來，隨著時(shí)代經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的日新月異，能量作為客觀世界構(gòu)成的重要要素之一，直接影響著全球經(jīng)濟(jì)整體上發(fā)展。同時(shí)伴隨著人類社會(huì)的共同進(jìn)步，現(xiàn)代化的全球能源的需求量逐漸增加，同時(shí)風(fēng)力作為一種新型的自然能源，備受人們的關(guān)注。文章在對風(fēng)力發(fā)電變流器發(fā)展趨勢進(jìn)行探討分析的過程中，首先闡述了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)以及其發(fā)展趨勢，并分析了其風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的發(fā)展趨勢，進(jìn)而淺析了風(fēng)力發(fā)電變流器的關(guān)鍵技術(shù)，最后探討總結(jié)了風(fēng)力發(fā)電變流器的具體發(fā)展趨勢，以供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]馬偉明，肖飛.風(fēng)力發(fā)電變流器發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].中國工程科學(xué)，2011（1）：236-237.

[2]宋修璞，葛寶明，畢大強(qiáng)，等.具有低電壓穿越功能的雙饋風(fēng)力發(fā)電模擬平臺的設(shè)計(jì)[J].電氣傳動(dòng)，2014（8）：214-215.

[3]曾翔君，張宏韜，李迎基，等.于多相PMSG和三電平變流器的風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2012（11）：209-210.

[4]李建林，朱穎，胡書舉，等.風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中大功率變流器的應(yīng)用[J].高電壓技術(shù)，2009（1）：367-368.

[5]李建林，徐少華.直接驅(qū)動(dòng)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制策略[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2012（1）：482-483.

[6]魏偉，許勝輝.風(fēng)力發(fā)電及相關(guān)技術(shù)綜述[J].微電機(jī)，2009（4）：157-159.

[7]喻莉.小型風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)變流器的控制研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2010.

作者簡介：黃繼濤（1972，6-），男，籍貫：遼寧岫巖，民族：漢，職稱：電氣工程師（中級），學(xué)位：學(xué)士學(xué)位，研究方向：發(fā)電廠運(yùn)行與檢修及管理，單位：湖南華電郴州風(fēng)力發(fā)電有限公司。endprint