辛龍彪

(龍?jiān)措娏瘓F(tuán)安徽新能源發(fā)展有限公司,安徽 合肥 230031)

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

辛龍彪

(龍?jiān)措娏瘓F(tuán)安徽新能源發(fā)展有限公司,安徽 合肥 230031)

風(fēng)力發(fā)電作為綠色清潔可再生能源的主要代表,其技術(shù)成熟、成本低廉、對環(huán)境影響小,且最具開發(fā)價(jià)值,在有效改善能源結(jié)構(gòu)、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展等方面具有重要意義.然而,風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的有效建立應(yīng)保證電能的優(yōu)質(zhì)性以及輸送的穩(wěn)定性,在設(shè)備使用上的整體要求也很高.其中,電力電子技術(shù)與之前的技術(shù)對比而言,優(yōu)勢很多,對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)存在的問題能有效解決.基于此,對電力電子技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電中的實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)分析與探究.

電力電子技術(shù);風(fēng)力發(fā)電;電力領(lǐng)域;電力裝置

1 電力電子技術(shù)概述

電力電子技術(shù),即在電力領(lǐng)域中一系列電子技術(shù)的總稱,具體而言,則是通過電子電力裝置的有效運(yùn)用來變換及控制電力系統(tǒng)電能的一項(xiàng)技術(shù).此技術(shù)所產(chǎn)生的標(biāo)志則在于首個(gè)晶閘管的成功研制.其中,電路、裝置及相關(guān)器件是電力電子技術(shù)的核心內(nèi)容,而電力電子器件的最根本的材料是半導(dǎo)體,其電路的理論基礎(chǔ)為電子學(xué),電力電子系統(tǒng)的主要組成包含電路及相關(guān)器件.在我國工業(yè)的發(fā)展過程中,其應(yīng)用電力電子技術(shù)很廣泛,特別針對電力領(lǐng)域,在一定程度上推動(dòng)了電力事業(yè)的不斷進(jìn)步.

2 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)使用的電力電子器件

2.1 IGBT

IGBT關(guān)鍵在于控制系統(tǒng)功率,是一種功率器件,一方面能夠?qū)﹄娏鬟M(jìn)行有效切斷;另一方面,則可采取PWM技術(shù)來實(shí)施無源逆變,能夠利用直流輸電將電力輸送給無交流電源的相關(guān)負(fù)荷點(diǎn),然而,由于風(fēng)力發(fā)電的穩(wěn)定性不夠強(qiáng),導(dǎo)致IGBT運(yùn)行的過程中產(chǎn)生了一定的波動(dòng),使銅片和基板、銅片和芯片在進(jìn)行焊接時(shí)承受了相當(dāng)大的熱量-機(jī)械應(yīng)力.因此,依照此特性,IGBT的SPWN逆變器在市場中得到了大力推廣.實(shí)際運(yùn)行中,由開關(guān)波形的有效控制,確保了電力輸出的有效性及穩(wěn)定性,另外,會對剛開始使用的角度進(jìn)行改變,將功率因數(shù)換為1,有效改善了系統(tǒng)功率.

2.2 交直交變頻器

便利恒頻是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的一大特性,通過變頻裝置的有效利用將其轉(zhuǎn)化為電能,并于電網(wǎng)進(jìn)行能量的有效傳遞,然而,常存在側(cè)功率低、電壓諧波較多的現(xiàn)象.因此,為了有效改善此狀況,應(yīng)合理運(yùn)用交直交變頻器,對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化控制,保證雙向交流,特別是無刷雙饋電機(jī)及變速恒頻系統(tǒng)的合理使用.

2.3 矩陣變換器

在電力電子技術(shù)的研究上,矩陣變換器的使用是很關(guān)鍵的,并有著非常廣泛的運(yùn)用空間.這種電源變換器是很嶄新的,能夠?qū)涣麟娭械南嚓P(guān)參數(shù)進(jìn)行有效轉(zhuǎn)換.另外,針對之前風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中轉(zhuǎn)換器的使用,能夠?qū)ο嚓P(guān)的電壓及調(diào)節(jié)頻率進(jìn)行合理控制,進(jìn)而更好地控制變頻恒頻,使風(fēng)能得到有效控制.

3 在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的實(shí)踐應(yīng)用

3.1 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的改造

最初,風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中,其發(fā)電機(jī)的核心運(yùn)行方式是主動(dòng)失速或失速.此方式的輸出功率不具備足夠的優(yōu)越性及穩(wěn)定性,所以,隨著新型應(yīng)用方式的不斷變化,此方式已逐漸被淘汰.目前,電力電子技術(shù)得到了快速發(fā)展,其發(fā)電機(jī)系統(tǒng)也在不斷地更新及完善,而發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的主要運(yùn)行方式及運(yùn)行原理也在逐漸地優(yōu)化中.其中,電力電子技術(shù)中一項(xiàng)有效的應(yīng)用產(chǎn)物則是變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng),它的DFIG(變速恒頻變槳距調(diào)節(jié)系統(tǒng))在將雙饋感應(yīng)電機(jī)配置于內(nèi)部后,能夠?qū)⑤旊姷恼w質(zhì)量有效提高,也能將能耗降低.

3.2 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)儲能的改造

風(fēng)向風(fēng)速的不穩(wěn)定性是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)解決的主要問題.在風(fēng)能大范圍提升的階段不能夠有效保證風(fēng)量,這種背景之下,應(yīng)不斷改革及創(chuàng)新相關(guān)的技術(shù)來加強(qiáng)風(fēng)能的有效儲存,在一定程度上確保發(fā)電、供電的穩(wěn)定.當(dāng)前,蓄電池是國際上風(fēng)力發(fā)電儲能系統(tǒng)的基本方式,具備一定的優(yōu)勢,即儲能速率較快,安裝便利;另一方面,在風(fēng)能的儲存方面,超導(dǎo)線圈儲能也是一種有效的方式,而從當(dāng)下技術(shù)背景來分析,此技術(shù)不夠成熟,進(jìn)而不能廣泛進(jìn)行普及與推廣.

3.3 風(fēng)力發(fā)電輸電的技術(shù)應(yīng)用

在風(fēng)力發(fā)電上,其動(dòng)能提供的主要來源是風(fēng)力資源,在設(shè)置發(fā)電機(jī)組的過程中,其多數(shù)處于偏遠(yuǎn)區(qū)域,所以,就造成用戶、調(diào)度中心及發(fā)電機(jī)組這幾個(gè)方面存在一定的問題.而當(dāng)下比較明顯的當(dāng)屬主流的交流輸送方式.當(dāng)前背景下,相關(guān)的風(fēng)力發(fā)電企業(yè)正致力于HVDC技術(shù)的研究及推廣,也就是高壓直流輸電,此技術(shù)將一系列的電力電子技術(shù)進(jìn)行了有效融合,以可關(guān)斷器件的有效運(yùn)用來發(fā)揮其最佳效應(yīng),即GTO可關(guān)斷晶閘管、IGBT晶體管等.同時(shí),以異步聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)用來保證結(jié)構(gòu)比的優(yōu)越性,在環(huán)境的整體要求上也較低,成本投入及發(fā)電產(chǎn)量的整體性價(jià)比也相當(dāng)高.另一方面,有效運(yùn)用PWM等電子技術(shù),進(jìn)而在一定程度上保證了直流輸電的高質(zhì)量、低成本,將更好地促進(jìn)HVDC技術(shù)的普及及推廣.其中,靈活交流輸電系統(tǒng)(FACTS)也是風(fēng)力發(fā)電輸電技術(shù)的一種,此技術(shù)確保了現(xiàn)代控制技術(shù)和電力電子技術(shù)的密切結(jié)合,能夠?qū)ο嚓P(guān)的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行有效控制,全面提升整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性及輸電能力.

3.4 風(fēng)力發(fā)電濾波、補(bǔ)償?shù)膽?yīng)用

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在其運(yùn)行過程中,容易存在閃變、電源波動(dòng)以及配電網(wǎng)絡(luò)諧波遭受污染,因此,一定要進(jìn)行補(bǔ)償或?yàn)V波處理.目前,有源電力濾波器和靜止無功補(bǔ)償器是基本的2種濾波補(bǔ)償技術(shù).有源電力濾波器APF的核心原理在于選取電力電子器件的相關(guān)可關(guān)斷組件,嚴(yán)格依據(jù)坐標(biāo)變換原理,實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)無功的有效控制,對所檢測對象的電壓及電流進(jìn)行積極補(bǔ)償.APF會將負(fù)荷所需要的主要電源方式進(jìn)行一定改變,并將相關(guān)的系統(tǒng)電源關(guān)閉,進(jìn)而轉(zhuǎn)換成電力控制器來實(shí)現(xiàn)電流的產(chǎn)生.靜止無功補(bǔ)償器SVF是一種比較先進(jìn)的國際技術(shù),核心原理在于借助電力電子器件中的相關(guān)高頻開關(guān),實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償.在具體運(yùn)用的過程中,可對負(fù)荷變化的實(shí)際狀況進(jìn)行快速跟蹤,并實(shí)施一定的無功補(bǔ)償,能夠?qū)^明顯電壓波動(dòng)進(jìn)行有效改善,并不斷提高電能的整體質(zhì)量.

綜上所述,風(fēng)能是現(xiàn)階段主要開發(fā)應(yīng)用的新能源.風(fēng)力發(fā)電的應(yīng)用前景是具非常廣闊的.隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展,風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的一系列環(huán)節(jié)將取得不斷進(jìn)步.未來,風(fēng)力發(fā)電效率將快速提升,電力變換質(zhì)量不斷提高,風(fēng)力發(fā)電的成本也將降低.風(fēng)力發(fā)電在美化生活、改善環(huán)境及推動(dòng)經(jīng)濟(jì)建設(shè)方面將發(fā)揮積極的作用.

[1]張嵩,谷鳴,李瑩.電力電子技術(shù)在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].國網(wǎng)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2014,17(05).

〔編輯:張思楠〕

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