駐馬店技師學(xué)院 楊明顯

電力電子技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電中的實(shí)踐運(yùn)用探討

駐馬店技師學(xué)院 楊明顯

風(fēng)能是一種新型資源，主要用于風(fēng)力發(fā)電，并建立了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，而電力電子技術(shù)作為發(fā)電主要使用的技術(shù)之一，已經(jīng)在系統(tǒng)中大量應(yīng)用，有很多優(yōu)勢(shì)。其實(shí)踐應(yīng)用，可以優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電的效果，保證風(fēng)力發(fā)電的穩(wěn)定，有大量的電力輸出。

電力電子技術(shù)；風(fēng)力發(fā)電；實(shí)踐運(yùn)用

0.引言

風(fēng)能是可再生能源，污染較低，而隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，加快了能源的消耗，所以風(fēng)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(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)需要保持輸電的穩(wěn)定，控制運(yùn)行，對(duì)使用的設(shè)備有較高的要求。電力電子技術(shù)與原有的技術(shù)相比，有很多優(yōu)勢(shì)，可以解決風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)存在的問題。

1.風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)使用的電力電子器件

一個(gè)好的器件，是電力電子技術(shù)在系統(tǒng)中應(yīng)用的基礎(chǔ)，并讓其廣泛應(yīng)用。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)主要使用的設(shè)備有三個(gè)，分別是IGBT、交直交變頻器與矩陣變換器。

1.1 IGBT

IGBT主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)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(shù)進(jìn)行無源逆變，可以讓直流輸電為無交流電源的負(fù)荷點(diǎn)輸送電力，但因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電有失穩(wěn)定，造成IGBT運(yùn)行時(shí)會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，讓芯片與銅片、銅片與基板之間的焊接承受較大的熱-機(jī)械應(yīng)力。對(duì)于這一特點(diǎn)，IGBT的SPWN逆變器逐漸廣泛應(yīng)用。由開關(guān)波形的控制，保持電力輸出的穩(wěn)定，同時(shí)，也會(huì)改變起初使用角度，把功率因數(shù)變成1，向電網(wǎng)運(yùn)送能源，改善系統(tǒng)功率的運(yùn)行[1]。

1.2 交直交變頻器

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有便利恒頻的特點(diǎn)，要利用變頻裝置轉(zhuǎn)化電能，向電網(wǎng)傳遞能量，但經(jīng)常出現(xiàn)電壓諧波多、側(cè)功率不高的情況。交直交變頻器能夠有效解決這一情況，優(yōu)化了對(duì)系統(tǒng)的控制，讓其實(shí)現(xiàn)雙向交流，尤其是使用變速恒頻與無刷雙饋電機(jī)的系統(tǒng)。同時(shí)，海上風(fēng)電廠使用這項(xiàng)技術(shù)，可以進(jìn)行有功與無功的轉(zhuǎn)化，使風(fēng)電機(jī)組變速時(shí)，也能得到最的風(fēng)能好，減少產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)利，降低噪音。

1.3 矩陣變換器

矩陣變換器是電力電子技術(shù)主要研究的內(nèi)容，在風(fēng)力系統(tǒng)中有廣闊的應(yīng)用空間。這是一種新的電源變換器，實(shí)現(xiàn)交流電各參數(shù)的變換。對(duì)于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)原有的轉(zhuǎn)換器，會(huì)調(diào)節(jié)頻率、電壓等數(shù)據(jù)，用于變頻恒頻控制，得到最大風(fēng)能的同時(shí)進(jìn)行控制。

2.風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)電力電子技術(shù)的實(shí)踐

電力電子技術(shù)的實(shí)踐可以分為四個(gè)方面，其一是風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，其二是發(fā)電系統(tǒng)的儲(chǔ)能技術(shù)，其三是輸電技術(shù)，其四是風(fēng)力發(fā)電的濾波、補(bǔ)償。

2.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)

以往風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制方式是失速控制，或是主動(dòng)時(shí)速控制，但因?yàn)槠涔β什环€(wěn)，致使發(fā)電不穩(wěn)定，產(chǎn)生的電能較少，很難滿足人們對(duì)電能的需求，逐漸被社會(huì)取代。但電力電子技術(shù)應(yīng)用后，系統(tǒng)使用的變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，其會(huì)改變當(dāng)下的現(xiàn)狀?，F(xiàn)在其主要使用變速恒頻變漿距調(diào)節(jié)系統(tǒng)，該系統(tǒng)中有雙饋感應(yīng)電機(jī)，中途電能不需要經(jīng)過無功補(bǔ)償器，減少了電能的消耗，提高了輸電的效率與質(zhì)量。同時(shí)，電力電子中的變換器與變速變槳系統(tǒng)也在發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中大量應(yīng)用，它會(huì)把變速箱從系統(tǒng)中剔除，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加清晰[2]。

2.2 發(fā)電系統(tǒng)的儲(chǔ)能技術(shù)

風(fēng)力系統(tǒng)的發(fā)電量會(huì)由風(fēng)速?zèng)Q定，具有不穩(wěn)定的特點(diǎn)，影響發(fā)電的穩(wěn)定性，并且，風(fēng)能不可以直接儲(chǔ)存，但為了讓供電穩(wěn)定，需要儲(chǔ)存產(chǎn)生的風(fēng)能，使用儲(chǔ)藏技術(shù)?，F(xiàn)在，系統(tǒng)會(huì)使用蓄電池存放，有良好的優(yōu)越性，是主要的儲(chǔ)能方式。除蓄電池外，用超導(dǎo)線圈儲(chǔ)存也是儲(chǔ)存的方式，但因?yàn)殚_始研究的時(shí)間較晚，很難實(shí)現(xiàn)普及。另外，不間斷電源的特點(diǎn)是，如果輸入電流中斷，它依然可以持續(xù)供電，并且又因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電具有隨機(jī)性，其應(yīng)用受到很大的重視。它在電力電子技術(shù)實(shí)踐中，會(huì)使用多個(gè)現(xiàn)代器件，使系統(tǒng)電能的運(yùn)輸更加可靠，提高了輸電的效率，而對(duì)于位置偏遠(yuǎn)的發(fā)電站，其也可以普及，發(fā)揮優(yōu)勢(shì)[3]。

2.3 輸電技術(shù)

風(fēng)力發(fā)點(diǎn)最基本的要求是有充足的風(fēng)能，這就造成發(fā)電廠選擇的位置較遠(yuǎn)，且輸電不穩(wěn)定?，F(xiàn)在，系統(tǒng)使用的是交流輸電系統(tǒng)，但這一方式有很多不足，其未來的發(fā)展趨勢(shì)是高壓直流輸電技術(shù)，其可以實(shí)現(xiàn)異步聯(lián)網(wǎng)，有很高的相加比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、優(yōu)越，可以在不同的環(huán)境中應(yīng)用，是電力電子技術(shù)主要應(yīng)用的技術(shù)，其主要體現(xiàn)為會(huì)使用可斷開電流的器件，并使用PWM技術(shù)，投入的成本很少，得到的質(zhì)量更高，加快了技術(shù)的普及。此外，輕型直流輸電的應(yīng)用也可優(yōu)化系統(tǒng)的輸電，主要用于海上發(fā)電廠，不會(huì)輕易故障。

2.4 風(fēng)力發(fā)電的濾波、補(bǔ)償

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的位置在電網(wǎng)的最后，很容易被諧波污染，出現(xiàn)電源波動(dòng)與善變，所以需要進(jìn)行濾波，并對(duì)電能進(jìn)行補(bǔ)償。它會(huì)使用兩種技術(shù)，一種是靜止無功補(bǔ)償器，另一種是有源電力濾波器。

首先，靜止無功補(bǔ)償器是當(dāng)下最先進(jìn)的補(bǔ)償裝置，其可以減小電容器的容量，電感器發(fā)出無功功率，并用器件的高頻開關(guān)控制，使無功補(bǔ)償技術(shù)有很大的飛躍，主要用于中高壓的電力系統(tǒng)。現(xiàn)在，它已經(jīng)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，實(shí)施跟蹤負(fù)荷的變化，加以補(bǔ)償。其應(yīng)用會(huì)減少電壓的波動(dòng)，保持穩(wěn)定，提高電能質(zhì)量。

其次，有源電力濾波器是，使用可關(guān)斷的器件，采用坐標(biāo)變換原理進(jìn)行控制，檢測(cè)補(bǔ)償對(duì)象目前的電流與電壓，用電力控制器控制，向負(fù)荷提供畸變電流，從而讓系統(tǒng)得到電流達(dá)到預(yù)期的設(shè)想。它與SVC比較后，會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)響應(yīng)，電壓容易波動(dòng)，閃變補(bǔ)償出現(xiàn)的次數(shù)更多，提高了控制的水平，減少諧波的影響。

3.結(jié)語

風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)因?yàn)榫哂械吞嫉奶攸c(diǎn)，有廣泛的應(yīng)用前景，受到了人們的廣泛關(guān)注，而風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，電力電子技術(shù)是運(yùn)行的關(guān)鍵，因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有不穩(wěn)定的特點(diǎn)，且需要穩(wěn)定的電能，而電力電子技術(shù)的實(shí)踐，會(huì)通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、發(fā)電系統(tǒng)的儲(chǔ)能技術(shù)、輸電技術(shù)、風(fēng)力發(fā)電的濾波補(bǔ)償四方面，提高發(fā)電的效率，保持發(fā)電的穩(wěn)定，減少成本的的使用，減少對(duì)環(huán)境的污染，提高人們生活的質(zhì)量。

[1]楊慧穎,鄔嘉鳴,張波,杜敏.風(fēng)力發(fā)電中電力電子技術(shù)的應(yīng)用[J].山東電力高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào),2012,04:59-62+56.

[2]姐金嶺.電力電子技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用[A].《建筑科技與管理》組委會(huì).2015年6月建筑科技與管理學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C].《建筑科技與管理》組委會(huì),2015:2.

[3]師苑,劉玉叢,崔春峰.電力電子技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用[J].電子質(zhì)量,2013,07:34-36.

楊明顯（1980—），男，河南上蔡人，大學(xué)本科，講師，研究方向：電子技術(shù)應(yīng)用。