电力电子技术在风力发电中的应用季增雷

电力电子技术在风力发电中的应用季增雷

季增雷顾野

（北京恒诚信工程咨询有限公司山东济南250000）

摘要：随着国民经济的快速发展，人们对电力的使用量以及电能的稳定性都提出了新的要求。所以为了更好的适应经济的高速发展所带来的用电问题，必须全力做好电力电子技术的应用及发展。为我国的经济发展提供稳定的能源供应，本文进一步分析了电力电子技术在风力发电中的应用，以供同仁参考借鉴。

关键词：风力发电；电子技术；应用

一、电力电子技术的发展

从其本质上讲，电力电子技术属于一项综合性较强的技术，电力电子技术在电力系统中的应用对于整个系统运行效率的提高具有重要作用，同时，通过对相应技术的应用，社会对于电力的需求也能够最大程度的被满足，随着电力电子技术的发展，风力发电系统中的诸多环节将取得更好的发展。未来，风力发电效率将不断提升，电力变换质量将持续提高，风力发电的成本将随之降低。总的来看电力电子技术的发展经过了晶闸管整流时代、电力电子的逆变时代、现代电力电子变频器时代这三个重要的阶段。（1）晶闸管整流时代。上世纪五十年代末以前，经济发展所需要使用的大功率用电主要是由工频交流发电机来提供的。但是，由于当时技术的不发达，所产生的交流电在使用的过程中总有大约20%的电能以直流的形式来进行使用的。这20%的直流电使用的领域主要包括：电解、牵引、直流传动等领域。但是，随着晶闸管的成功研制，以及可控流硅整装置的成功开发，使得由工频发电机产生的交流电能够被直接转化为直流电。可控流硅整装置的大规模使用极大的促进了一些以使用直流电为基础的产业快速发展。（2）电力电子技术的逆变时代。随着自关断器件在上世纪70年代末的成功研制以及大范围的应用，电力电子技术成功的从晶闸管整流时代进入到了电力电子技术的逆变时代。由于上世纪70年代以后爆发世界范围内的能源危机，为了解决能源危机带来的一些经济发展问题，交流电机变频调速因节能效果显著而被迅速的关注并得到了迅猛的发展。将直流电变成0~100Hz的交流电是整个变频调速技术的关键技术所在。在大功率逆变过程中所使用的晶闸管以及巨型功率晶体管（GTR）和门极可关断晶闸管（GT0）快速的成为当时电力电子技术市场上的器件主要角色。虽然能够实现直流电和交流电的相互转换，但是这种转换依旧只是存在于低频的工作范围之内，即所用的工作频率较低。（3）现代电力电子变频器时代。随着大规模和超大规模集成电路的快速发展，为新的电力电子技术使用时代打下了坚实的基础。现代电力电子变频器主要是集成电路的精加工技术和高压大电流技术的有机结合。以高频、高电压和大电流于一身的功率半导体复合器件以及以低频技术处理问题为主的传统电力电子学正在向着以高频技术处理问题为主的现代电力电子学技术转变。交流电机变频调速能够使用较高的频率离不开这些新型器件的发展使用，并且在不断的发展使用过程中，交流电机的变频调速的性能已经变得越发的成熟可靠。

二、电力电子技术在风力发电中的应用

2.1风力发电的滤波、补偿

风力发电机组易受配电网络谐波污染，或出现电源波动或闪变等，必然需要滤波及补偿处理。现阶段主要出现的滤波补偿技术有静止无功补偿器与有源电力滤波器两类。静止无功补偿器SVF，属于行业内的国际先进技术，放弃使用大容量电容和电感，主要借助电力电子器件所具备的的高频开关，完成无功补偿。SVF技术适用于中高压的动态电力系统无功补偿。在实际应用中，能快速跟踪负荷变化情况而开展无功补偿，可改善风力发电中的较明显电压波动，并在稳定中提高电能质量。有源电力滤波器APF，其工作原理为选择电力电子器件中的可关断组件，遵循坐标变换原理后，完成瞬时无功控制，积极补偿被检测对象中的电流和电压。APF会改变负荷所需电源方式，关闭系统电源，转为电力控制器来产生电流。和普通静止型动态无功补偿装置相比，APF的优点更加突出，快速响应并具有高补偿率，可有效过滤高次谐波，实现功率因数的完全补偿。

2.2风力发电机系统

以往风力发电机的控制方式是失速控制，或是主动时速控制，但因为其功率不稳，致使发电不稳定，产生的电能较少，很难满足人们对电能的需求，逐渐被社会取代。但电力电子技术应用后，系统使用的变速恒频风力发电机系统，其会改变当下的现状。现在其主要使用变速恒频变浆距调节系统，该系统中有双馈感应电机，中途电能不需要经过无功补偿器，减少了电能的消耗，提高了输电的效率与质量。同时，电力电子中的变换器与变速变桨系统也在发电机系统中大量应用，它会把变速箱从系统中剔除，使系统结构更加清晰。

2.3高压直流输电技术

对高压直流输电技术的应用能够为电力电子技术应用范围的扩大以及应用效果的提高提供保证，因此有必要对其进行深入分析。高压直流输电技术属于电力电子技术中的重要部分，高压直流输电主要指的是通过对电力性质的改变，去完成输电过程的一种技术，通过发电厂输送出的属于交流电，而通过对换流器的应用，交流电能够被转换为直流电，通过输电线路，直流电便可以被传输到受点端，在此之后，通过逆变过程，直流电便可以再次被转换为交流电，供用户所用。相对于传统的供电技术而言，高压直流输电技术能具有性价比高的特点，同时传输功率较大，因此，通过对高压直流输电技术的应用，当前社会所存在的对电力需求量过大的现象便能够被有效的解决。双极，HVDC系统在高压直流输电技术的应用过程中占据着重要地位，在系统的运行过程中，换流器的主要作用的完成从交流电到直流电，再从直流电到交流电的转换，其主要组成部分为整流变压器以及阀桥等，为保证换流器的性能能够最大程度的符合电力系统的需要，必须加大力度做好对上述组成部分的选择工作，要使其各项参数均能够与实际需要想符合。

2.4发电系统的储能技术

风力发电系统需要克服和解决的最大问题就在于风速风向不稳定。在需要大范围提升风能的时间段，并不能确保有足够大的风量。这就需要有更加成熟的技术来实现对风能的储存，从而保证发电供电的稳定性。当前，国际上通用的风力发电储能系统基本由蓄电池为主要方式，其优越性在于便于安装、储能速率快。当前，行业内也将超导线圈储能作为最佳的储存风能方式之一，从现有的技术条件来看，超导线圈储能技术还尚未成熟，无法广泛推广普及。面对风力发电随机性突出的特点，采用不间断电源方式也成为了帮助风力发电系统储能的重点考虑技术。不间断电源能够在系统断电的情况下继续提供电流，若结合不间断电源的结构，组合脉宽调制技术、绝缘栅双极型晶体管等现代化的电力电子器件，则可以帮助风电发电系统在储能方面获得高效率和高性能。尤其对于地处偏远地带的风力发电系统而言，不间断电源的运行十分必要。

结束语

在对电力电子技术的应用过程中，需要全面关注上述两点内容。就目前的情况看，我国电力电子技术相对于以往而言已经得到了极大程度的发展，同时其应用范围也开始越来越大，这代表着我国电力领域整体水平的提高。从长远发展的角度看，通过对电力电子技术的应用，我国电力领域必定会得到极大程度的进步，同时，社会也会因此而获得更大的价值。

参考文献

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[2]杨慧颖,邬嘉鸣,张波,杜敏.风力发电中电力电子技术的应用[J].山东电力高等专科学校学报,2012,04:59-62+56.