风力发电中电力电子技术的应用

　　引言

　　随着能源短缺的危机越来越严重，环境污染问题也日益恶化，我国加快了开发、利用新能源的进程。在名目众多的新能源中，风力发电是最被看好的一种，由于它开发条件好，又具有很廣阔的开发价值，因而备受关注。在风力发电中应用电力电子技术，可以大大改善风电机组的运行情况，这种技术将会在未来发挥更大的作用。

　　一、我国风力发电的现状及应用电力电子技术的优点

　　从总体情况来说，我国的风里发电产业还是处在高度发展的状态的。我国的风里发电从诞生至今，也已有五六十个年头了，在产生之初，风力发电的规模还是比较小的，后面由于各种原因而陷入了停滞状态。后来，资源危机的发生，客观上推动了我国对风力发电的研究，在这一方面，国家也给予了大力支持，但是此时的发电规模仍然不够大。进入21世纪后，情况得到了很大改善，风力发电的规模不断扩大。资源短缺是世界性的，这一状态的延续会让风力发电受到更多的关注。随着现代电力电子技术、现代变频调速技术的不断发展，它们也将更加广泛地应用在风力发电中。通过对电力电子技术的运用，风电机组的运行特性可以得到改善，通过相关控制，风电系统内的频率会更加稳定，电压也将得到更好地控制。此外，对于较大型的风电场来说，风力发电的成本也可以得到有效降低。

　　二、电力电子技术在风力发电中的应用

　　风力发电是目前除水力发电之外的技术比较成熟、利用价值比较高的发电方式。风能本身并无法储存能源，在这一点上，电力电子技术起到了关键作用，它将风能顺利转发为电能，再进一步输送到电网中。现实中，应用在风力发电系统中的电力电子技术主要是变速、恒速恒频发电以及风电并网技术。

　　1、风电并网技术。将风电进行并网运行，是目前比较可靠，也比较稳定可行的一种方法，因此风电进行并网运行的方法被越来越多的风电场接受，已经成为一种趋势。这种技术其实离不开电力电子技术，风电场可以选择与电网之间相连，也可以选择通过电子变换器来与电网进行连接。若选择直接与电网相连接，为了防止连接过程中较大冲击电流的出现，风电场往往会配置软并网装置。在风力发电机的选择上，目前通常采用变速同步发电机或是变速双馈异步发电机。由于这些设备自身的特点以及接入时的技术要求，电力电子技术成为不可或缺的因素。

　　2、恒速恒频发电和变速恒频发电。在整个风力发电的过程中，发电机是至关重要的一部分；而在能量转化的过程中，发电机又处在核心环节。按照发电机运行但方式的不同，风力发电系统可以划分为恒速、变速恒频风力发电系统。若采用的是并联的电路连接方式，则风力发电机的发出频率必须要保持稳定。

　　1、恒速恒频风力发电系统。在这种系统下，风电场一般会采用普通异步发电机，这种机组在国外有一个通用的名字----丹麦概念机组。这种机组的特性就是它在运行时，若达到某种状态，则会呈现转差率为负值的现象。当处在发电机状态，电机的转差率变动将保持在一个很小的范围。当风速开始变化时，这时发电机的转速基本上是不会变化的，这也是该机组的名称由来。这种机组极少采用变化器（主要由电子电力器件构成），除了上述特点外，该机组还有其他一些特点：首先，它的系统结构是一种比较简单的结构，能够很好地适合野外环境；其次，机组在工作时无法控制电压，不利于系统稳定，一旦发生故障也不易修复；另外，由于机组的工作特性，对于零部件的坚固性要求较高。

　　2、变速恒频风力发电系统。这种发电系统可以使机组在保持高转速的情况下依旧稳定运行，这种工作原理也逐渐成为一种流行趋势。这种机组主要有以下几个特点：首先，由于它采用的是电力电子变频器，因此它的结构要比其他机组复杂；其次，通过追踪最大功率，该机组可以保存高速、稳定的运转，因此发电效率很高；另外，风轮机的缓冲作用使得机组的输出功率不会有太大的变化；还有，风轮机的转速可以很好地适应风速变化，因而巧妙地减少了脉冲幅度和机械应力，这样一来，机械的强度要求也就变低了；最后，通过实施一定的控制策略，可以更好地保障电网的安全。

　　3、两种变速恒频发电系统。变速恒频系统又可以细分为同步与异步的风力发电机系统。同步发电机系统由电励磁、永磁同步发电机系统构成；异步发电机系统则主要是指绕线转子异步发电机。同步风力发电系统的特征主要有以下几点：首先，所有被发出的电动率都需经过变换器，因而对变换器的要求很高，投资多、损耗大；其次，可以使用永磁发电机。永磁发电机以永久磁铁替代了转子励磁，结构简单的同时也比较坚固，因此这种电机比较轻便，发电效率也较高，可以直接驱动，直接省去了变速箱这个部件，不仅简化了步骤，提高了效率，还大大节约了成本；最后，对于转换器为单象限的，该发电系统结构简单。该系统中的定子绕组会直接连接电网，它能够有效地调节电流频率，将流经变频器的电流频率控制在转差功率的范围，因此这种系统也就拥有了在同类发电系统中最高的发电效率，不得不说这一点是其他传动系统所不能比拟的。

　　结语

　　前文介绍了许多风力发电技术以及发电系统，但也只是简单阐述，真正具体而深入的知识并未被笔者完全呈现。综上可见，电力电子技术在风力发电中起着关键作用，会直接影响到风力发电将来的发展道路，若应用得当，将大大节约风力发电的成本，为新能源市场贡献更大的力量。

　　参考文献：

　　[1]张兴，杨耕.风力发电中的电力电子与系统技术专辑特邀主编评述[J].电力电子技术.2014（08）

　　[2]王琦，陈小虎，吴正伟.电力电子技术在风力发电中的应用综述[J].南京师范大学学报（工程技术版）.2015（04）

　　[3]王孝洪，杨金明，吴捷.变速恒频风力发电系统中的电力电子技术[J].电机与控制应用.2009（11）

　　来源：商情 2017年21期

　　作者：赵星皓