電力電子技術在風力發電中的實踐運行探討

辛龍彪

(龍源電力集團安徽新能源發展有限公司,安徽 合肥 230031)

電力電子技術在風力發電中的實踐運行探討

辛龍彪

(龍源電力集團安徽新能源發展有限公司,安徽 合肥 230031)

風力發電作為綠色清潔可再生能源的主要代表,其技術成熟、成本低廉、對環境影響小,且最具開發價值,在有效改善能源結構、保護生態環境、促進經濟可持續發展等方面具有重要意義.然而,風力發電系統的有效建立應保證電能的優質性以及輸送的穩定性,在設備使用上的整體要求也很高.其中,電力電子技術與之前的技術對比而言,優勢很多,對風力發電系統存在的問題能有效解決.基于此,對電力電子技術在風力發電中的實踐應用進行了詳細分析與探究.

電力電子技術;風力發電;電力領域;電力裝置

1 電力電子技術概述

電力電子技術,即在電力領域中一系列電子技術的總稱,具體而言,則是通過電子電力裝置的有效運用來變換及控制電力系統電能的一項技術.此技術所產生的標志則在于首個晶閘管的成功研制.其中,電路、裝置及相關器件是電力電子技術的核心內容,而電力電子器件的最根本的材料是半導體,其電路的理論基礎為電子學,電力電子系統的主要組成包含電路及相關器件.在我國工業的發展過程中,其應用電力電子技術很廣泛,特別針對電力領域,在一定程度上推動了電力事業的不斷進步.

2 風力發電系統使用的電力電子器件

2.1 IGBT

IGBT關鍵在于控制系統功率,是一種功率器件,一方面能夠對電流進行有效切斷;另一方面,則可采取PWM技術來實施無源逆變,能夠利用直流輸電將電力輸送給無交流電源的相關負荷點,然而,由于風力發電的穩定性不夠強,導致IGBT運行的過程中產生了一定的波動,使銅片和基板、銅片和芯片在進行焊接時承受了相當大的熱量-機械應力.因此,依照此特性,IGBT的SPWN逆變器在市場中得到了大力推廣.實際運行中,由開關波形的有效控制,確保了電力輸出的有效性及穩定性,另外,會對剛開始使用的角度進行改變,將功率因數換為1,有效改善了系統功率.

2.2 交直交變頻器

便利恒頻是風力發電系統的一大特性,通過變頻裝置的有效利用將其轉化為電能,并于電網進行能量的有效傳遞,然而,常存在側功率低、電壓諧波較多的現象.因此,為了有效改善此狀況,應合理運用交直交變頻器,對系統進行優化控制,保證雙向交流,特別是無刷雙饋電機及變速恒頻系統的合理使用.

2.3 矩陣變換器

在電力電子技術的研究上,矩陣變換器的使用是很關鍵的,并有著非常廣泛的運用空間.這種電源變換器是很嶄新的,能夠對交流電中的相關參數進行有效轉換.另外,針對之前風力發電系統中轉換器的使用,能夠對相關的電壓及調節頻率進行合理控制,進而更好地控制變頻恒頻,使風能得到有效控制.

3 在風力發電系統中的實踐應用

3.1 風力發電系統的改造

最初,風力發電系統在運行的過程中,其發電機的核心運行方式是主動失速或失速.此方式的輸出功率不具備足夠的優越性及穩定性,所以,隨著新型應用方式的不斷變化,此方式已逐漸被淘汰.目前,電力電子技術得到了快速發展,其發電機系統也在不斷地更新及完善,而發電機系統的主要運行方式及運行原理也在逐漸地優化中.其中,電力電子技術中一項有效的應用產物則是變速恒頻風力發電機系統,它的DFIG(變速恒頻變槳距調節系統)在將雙饋感應電機配置于內部后,能夠將輸電的整體質量有效提高,也能將能耗降低.

3.2 風力發電系統儲能的改造

風向風速的不穩定性是風力發電系統應解決的主要問題.在風能大范圍提升的階段不能夠有效保證風量,這種背景之下,應不斷改革及創新相關的技術來加強風能的有效儲存,在一定程度上確保發電、供電的穩定.當前,蓄電池是國際上風力發電儲能系統的基本方式,具備一定的優勢,即儲能速率較快,安裝便利;另一方面,在風能的儲存方面,超導線圈儲能也是一種有效的方式,而從當下技術背景來分析,此技術不夠成熟,進而不能廣泛進行普及與推廣.

3.3 風力發電輸電的技術應用

在風力發電上,其動能提供的主要來源是風力資源,在設置發電機組的過程中,其多數處于偏遠區域,所以,就造成用戶、調度中心及發電機組這幾個方面存在一定的問題.而當下比較明顯的當屬主流的交流輸送方式.當前背景下,相關的風力發電企業正致力于HVDC技術的研究及推廣,也就是高壓直流輸電,此技術將一系列的電力電子技術進行了有效融合,以可關斷器件的有效運用來發揮其最佳效應,即GTO可關斷晶閘管、IGBT晶體管等.同時,以異步聯網的運用來保證結構比的優越性,在環境的整體要求上也較低,成本投入及發電產量的整體性價比也相當高.另一方面,有效運用PWM等電子技術,進而在一定程度上保證了直流輸電的高質量、低成本,將更好地促進HVDC技術的普及及推廣.其中,靈活交流輸電系統(FACTS)也是風力發電輸電技術的一種,此技術確保了現代控制技術和電力電子技術的密切結合,能夠對相關的系統參數進行有效控制,全面提升整個系統的穩定性及輸電能力.

3.4 風力發電濾波、補償的應用

風力發電機組在其運行過程中,容易存在閃變、電源波動以及配電網絡諧波遭受污染,因此,一定要進行補償或濾波處理.目前,有源電力濾波器和靜止無功補償器是基本的2種濾波補償技術.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可關斷組件,嚴格依據坐標變換原理,實現瞬時無功的有效控制,對所檢測對象的電壓及電流進行積極補償.APF會將負荷所需要的主要電源方式進行一定改變,并將相關的系統電源關閉,進而轉換成電力控制器來實現電流的產生.靜止無功補償器SVF是一種比較先進的國際技術,核心原理在于借助電力電子器件中的相關高頻開關,實現無功補償.在具體運用的過程中,可對負荷變化的實際狀況進行快速跟蹤,并實施一定的無功補償,能夠對較明顯電壓波動進行有效改善,并不斷提高電能的整體質量.

綜上所述,風能是現階段主要開發應用的新能源.風力發電的應用前景是具非常廣闊的.隨著電力電子技術的不斷發展,風力發電系統中的一系列環節將取得不斷進步.未來,風力發電效率將快速提升,電力變換質量不斷提高,風力發電的成本也將降低.風力發電在美化生活、改善環境及推動經濟建設方面將發揮積極的作用.

[1]張嵩,谷鳴,李瑩.電力電子技術在可再生能源發電系統中的應用[J].國網技術學院學報,2014,17(05).

〔編輯:張思楠〕

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10.15913/j.cnki.kjycx.2017.22.160

2095-6835(2017)22-0160-02