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風力發電中電力電子技術的應用

2017-07-27 15:32:02趙星皓
商情 2017年21期
關鍵詞:發電機系統

趙星皓

【摘要】風力發電屬于新能源,并且開發潛力巨大,商業化價值高,與此相對的開發條件也比其他新能源要好,因而風力發電受到了國家和社會各方的重點關注。風力發電漸漸得到大范圍推廣,隨著需求的擴大,社會對風力發電的效率及質量等方面的要求也比以前高了許多。目前,在已知的實現手段中,電力電子技術是最有效的。接下來,本文將以風力發電中電力電子技術的應用為中心點展開闡述。

【關鍵詞】風力發電 電力電子技術

引言

隨著能源短缺的危機越來越嚴重,環境污染問題也日益惡化,我國加快了開發、利用新能源的進程。在名目眾多的新能源中,風力發電是最被看好的一種,由于它開發條件好,又具有很廣闊的開發價值,因而備受關注。在風力發電中應用電力電子技術,可以大大改善風電機組的運行情況,這種技術將會在未來發揮更大的作用。

一、我國風力發電的現狀及應用電力電子技術的優點

從總體情況來說,我國的風里發電產業還是處在高度發展的狀態的。我國的風里發電從誕生至今,也已有五六十個年頭了,在產生之初,風力發電的規模還是比較小的,后面由于各種原因而陷入了停滯狀態。后來,資源危機的發生,客觀上推動了我國對風力發電的研究,在這一方面,國家也給予了大力支持,但是此時的發電規模仍然不夠大。進入21世紀后,情況得到了很大改善,風力發電的規模不斷擴大。資源短缺是世界性的,這一狀態的延續會讓風力發電受到更多的關注。隨著現代電力電子技術、現代變頻調速技術的不斷發展,它們也將更加廣泛地應用在風力發電中。通過對電力電子技術的運用,風電機組的運行特性可以得到改善,通過相關控制,風電系統內的頻率會更加穩定,電壓也將得到更好地控制。此外,對于較大型的風電場來說,風力發電的成本也可以得到有效降低。

二、電力電子技術在風力發電中的應用

風力發電是目前除水力發電之外的技術比較成熟、利用價值比較高的發電方式。風能本身并無法儲存能源,在這一點上,電力電子技術起到了關鍵作用,它將風能順利轉發為電能,再進一步輸送到電網中。現實中,應用在風力發電系統中的電力電子技術主要是變速、恒速恒頻發電以及風電并網技術。

1、風電并網技術。將風電進行并網運行,是目前比較可靠,也比較穩定可行的一種方法,因此風電進行并網運行的方法被越來越多的風電場接受,已經成為一種趨勢。這種技術其實離不開電力電子技術,風電場可以選擇與電網之間相連,也可以選擇通過電子變換器來與電網進行連接。若選擇直接與電網相連接,為了防止連接過程中較大沖擊電流的出現,風電場往往會配置軟并網裝置。在風力發電機的選擇上,目前通常采用變速同步發電機或是變速雙饋異步發電機。由于這些設備自身的特點以及接入時的技術要求,電力電子技術成為不可或缺的因素。

2、恒速恒頻發電和變速恒頻發電。在整個風力發電的過程中,發電機是至關重要的一部分;而在能量轉化的過程中,發電機又處在核心環節。按照發電機運行但方式的不同,風力發電系統可以劃分為恒速、變速恒頻風力發電系統。若采用的是并聯的電路連接方式,則風力發電機的發出頻率必須要保持穩定。

1、恒速恒頻風力發電系統。在這種系統下,風電場一般會采用普通異步發電機,這種機組在國外有一個通用的名字----丹麥概念機組。這種機組的特性就是它在運行時,若達到某種狀態,則會呈現轉差率為負值的現象。當處在發電機狀態,電機的轉差率變動將保持在一個很小的范圍。當風速開始變化時,這時發電機的轉速基本上是不會變化的,這也是該機組的名稱由來。這種機組極少采用變化器(主要由電子電力器件構成),除了上述特點外,該機組還有其他一些特點:首先,它的系統結構是一種比較簡單的結構,能夠很好地適合野外環境;其次,機組在工作時無法控制電壓,不利于系統穩定,一旦發生故障也不易修復;另外,由于機組的工作特性,對于零部件的堅固性要求較高。

2、變速恒頻風力發電系統。這種發電系統可以使機組在保持高轉速的情況下依舊穩定運行,這種工作原理也逐漸成為一種流行趨勢。這種機組主要有以下幾個特點:首先,由于它采用的是電力電子變頻器,因此它的結構要比其他機組復雜;其次,通過追蹤最大功率,該機組可以保存高速、穩定的運轉,因此發電效率很高;另外,風輪機的緩沖作用使得機組的輸出功率不會有太大的變化;還有,風輪機的轉速可以很好地適應風速變化,因而巧妙地減少了脈沖幅度和機械應力,這樣一來,機械的強度要求也就變低了;最后,通過實施一定的控制策略,可以更好地保障電網的安全。

3、兩種變速恒頻發電系統。變速恒頻系統又可以細分為同步與異步的風力發電機系統。同步發電機系統由電勵磁、永磁同步發電機系統構成;異步發電機系統則主要是指繞線轉子異步發電機。同步風力發電系統的特征主要有以下幾點:首先,所有被發出的電動率都需經過變換器,因而對變換器的要求很高,投資多、損耗大;其次,可以使用永磁發電機。永磁發電機以永久磁鐵替代了轉子勵磁,結構簡單的同時也比較堅固,因此這種電機比較輕便,發電效率也較高,可以直接驅動,直接省去了變速箱這個部件,不僅簡化了步驟,提高了效率,還大大節約了成本;最后,對于轉換器為單象限的,該發電系統結構簡單。該系統中的定子繞組會直接連接電網,它能夠有效地調節電流頻率,將流經變頻器的電流頻率控制在轉差功率的范圍,因此這種系統也就擁有了在同類發電系統中最高的發電效率,不得不說這一點是其他傳動系統所不能比擬的。

結語

前文介紹了許多風力發電技術以及發電系統,但也只是簡單闡述,真正具體而深入的知識并未被筆者完全呈現。綜上可見,電力電子技術在風力發電中起著關鍵作用,會直接影響到風力發電將來的發展道路,若應用得當,將大大節約風力發電的成本,為新能源市場貢獻更大的力量。

參考文獻:

[1]張興,楊耕.風力發電中的電力電子與系統技術專輯特邀主編評述[J].電力電子技術.2014(08)

[2]王琦,陳小虎,吳正偉.電力電子技術在風力發電中的應用綜述[J].南京師范大學學報(工程技術版).2015(04)

[3]王孝洪,楊金明,吳捷.變速恒頻風力發電系統中的電力電子技術[J].電機與控制應用.2009(11)

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