風(fēng)機發(fā)電機中電力電子技術(shù)應(yīng)用

羅永強

摘 要：風(fēng)力發(fā)電作為典型的清潔可再生能源發(fā)電方式之一，經(jīng)過長期以來的發(fā)展其技術(shù)逐步走向成熟，風(fēng)力發(fā)電具有成本低、對環(huán)境影響較小的特點，因此具有極大的開發(fā)價值，在推動能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展等方面都發(fā)揮著十分重要的作用。電力電子技術(shù)目前的應(yīng)用十分廣泛，通過電力電子技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)非電能和電能之間的轉(zhuǎn)換，因此對風(fēng)機發(fā)電機中電力電子技術(shù)的應(yīng)用展開研究具有極強的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：風(fēng)機發(fā)電機;電力電子技術(shù);應(yīng)用

在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)之中，要想提高電能的質(zhì)量以及保證電力輸送的穩(wěn)定性和可靠性，對風(fēng)機發(fā)電機中的設(shè)備有著較高的要求，而電力電子技術(shù)相對于其他傳統(tǒng)技術(shù)具備較多優(yōu)勢，能夠有效解決風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中存在的一些問題。

1 電力電子技術(shù)概述

電力電子技術(shù)主要是對電力領(lǐng)域中一系列電子技術(shù)的總稱，具體來說即是一種能夠通過電力電子器件實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換和操控的現(xiàn)代技術(shù)，電路、裝置及其他相關(guān)器件是電力電子技術(shù)的核心部分，其中，電路的理論基礎(chǔ)來源于電子學(xué)，半導(dǎo)體是電力電子器件的最根本材料。

電力電子技術(shù)誕生的標(biāo)志是1957年美國通用電氣公司研制出的首個晶閘管問世。電力電子技術(shù)的基本功能囊括了整流、逆流、斬波、變頻、變相等。電力電子技術(shù)之所以能夠得到廣泛應(yīng)用，是因為其能夠滿足不同用電裝置的不同續(xù)期，利用電網(wǎng)的工頻電能，電力電子技術(shù)能夠轉(zhuǎn)換出不同性質(zhì)和用途的電能。電力電子技術(shù)的發(fā)展也推動了人們對電能利用方式和利用觀念的轉(zhuǎn)變，甚至可以說，電力電子技術(shù)是衡量一個國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。

2 風(fēng)機發(fā)電集中電力電子技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1 IGBT器件

IGBT即絕緣柵雙極型晶體管，IGBT主要由三個電極構(gòu)成，包括了集電極、發(fā)射極和柵極，IGBT屬場控器件，是一種由柵極電壓UGE控制集電極電流的柵控自關(guān)斷器件。IGBT器件的具體工作原理是，當(dāng)UGE>開啟電壓UGE（th）時，IGBT導(dǎo)通，通過電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)來使得通態(tài)壓降小，IGBT關(guān)斷的原理是當(dāng)柵射極間施加反壓或者不加信號時，IGBT關(guān)斷。

在風(fēng)機發(fā)電機中，IGBT是實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)暮诵钠骷唬琁GBT的應(yīng)用關(guān)鍵在于對系統(tǒng)功率的控制。IGBT的作用主要體現(xiàn)在兩方面，一方面是利用IGBT能夠有效切斷電流;另一方面是可以通過PWM技術(shù)實現(xiàn)無源逆變，通過直流輸電把電力輸送給無交流電源的相關(guān)負荷點。但由于在風(fēng)力風(fēng)電的過程中，風(fēng)速并不會一直維持在一個穩(wěn)定狀態(tài)，因此很難實現(xiàn)對IGBT模塊溫度的穩(wěn)定調(diào)控，無論是溫度過高還是溫度過低都會導(dǎo)致芯片和銅底片、銅底片和基板在焊接時承受較高的周期性負荷。

面對IGBT在實際應(yīng)用中存在的這一現(xiàn)象，IGBT之中的SPWN逆變器得到了廣泛應(yīng)用，其工作原理是通過對開關(guān)波形的控制來實現(xiàn)對輸出電流的控制，此外，通過對初始角度調(diào)節(jié)，能夠使得逆變器將功率因素轉(zhuǎn)換為1，以這種形式來完成對電網(wǎng)能源的輸送，能夠?qū)ο到y(tǒng)功率起到優(yōu)化作用。

2.2 交直交變頻器

風(fēng)力發(fā)電的一個顯著特征是便利恒頻，具體是指通過對變頻裝置合理高效的利用來促使其向電能的轉(zhuǎn)化，并且能夠完成和電網(wǎng)之間的能量傳遞。然而在實際的應(yīng)用中，會出現(xiàn)側(cè)功率低、電壓諧波較多的問題，為了提高交直交變頻器的應(yīng)用效果，應(yīng)該優(yōu)化系統(tǒng)，實現(xiàn)雙向交流，尤其是應(yīng)該更加科學(xué)地運用無刷雙饋電機和變速恒頻系統(tǒng)。此外，如果在海上風(fēng)電場的發(fā)電系統(tǒng)之中，還能夠通過電力電子變頻器實現(xiàn)對有功和無功控制的穩(wěn)定維持，進而保證在最低的機械應(yīng)力和噪音條件下得到最高的風(fēng)能。

2.3 矩陣變換器

矩陣變換器是電力電子技術(shù)中擁有十分廣泛應(yīng)用空間的器件，通過矩陣變換器能夠促進交流電中相關(guān)參數(shù)的合理轉(zhuǎn)換，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中相關(guān)電壓和調(diào)節(jié)頻率的科學(xué)控制，最終實現(xiàn)對變頻恒頻的有效控制，最大化地捕獲到風(fēng)能。

3 電力電子技術(shù)在風(fēng)機發(fā)電機中的應(yīng)用實踐

3.1 對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進行改造

在傳統(tǒng)風(fēng)機發(fā)電機中，主動失速或失速風(fēng)機發(fā)電機的關(guān)鍵運行方式，但這種運行方式存在著輸出功率的穩(wěn)定性和可靠性較差的問題，而電力電子技術(shù)的應(yīng)用則實現(xiàn)了對風(fēng)機發(fā)電機系統(tǒng)的優(yōu)化。比如，變速恒頻風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)的應(yīng)用，該系統(tǒng)中的變速恒頻變槳距調(diào)節(jié)能夠在雙饋感應(yīng)電機被配置在內(nèi)部的情況下，提高整體的輸電質(zhì)量，同時降低能耗。

3.2 對儲能的優(yōu)化

在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，如何解決風(fēng)向和風(fēng)速的不穩(wěn)定性，是提高風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)效率的重要課題，面對這一問題，可以通過強化對風(fēng)能有效存儲的方式來提高發(fā)電和供電的穩(wěn)定性。目前較為通用的儲能方式是使用蓄電池，蓄電池的優(yōu)勢在于能夠較快地進行儲能，且蓄電池的安裝過程也較為簡單。此外，通過超導(dǎo)線圈也能夠?qū)崿F(xiàn)對風(fēng)能的儲存，但就現(xiàn)有技術(shù)條件而言，該技術(shù)尚且不夠成熟，還無法實現(xiàn)普遍應(yīng)用。

3.3 風(fēng)力發(fā)電濾波和補償?shù)膽?yīng)用

風(fēng)機發(fā)電機組在運行時有時會出現(xiàn)閃變、電源波動和配電網(wǎng)絡(luò)諧波的問題，為了盡可能避免這些問題對風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的干擾，就需要進行相應(yīng)的補償和濾波處理。現(xiàn)階段最常用的兩種濾波補償技術(shù)分別是有源電力濾波器和靜止無功補償器，其中，有源電力濾波器的核心工作原理是通過電力電子器件中的相關(guān)可關(guān)斷組件，按照坐標(biāo)變換的原理實現(xiàn)瞬時無功的有效控制，最終達到補償?shù)哪康摹６o止無功補償器是當(dāng)下一種較為先進的技術(shù)，利用該技術(shù)能夠改善明顯的電壓波動，推動電能整體質(zhì)量的提高。

4 結(jié)語

風(fēng)力發(fā)電是具有廣闊開發(fā)前景的新能源發(fā)電方式之一，而不斷發(fā)展成熟的電力電子技術(shù)在風(fēng)機發(fā)電機中的應(yīng)用，能夠提高風(fēng)力發(fā)電的效率，保證電力變化的質(zhì)量，甚至在一定程度上實現(xiàn)對發(fā)電成本的控制，因此必須積極開展對風(fēng)機發(fā)電機中電力電子技術(shù)應(yīng)用的探討，提高應(yīng)用的質(zhì)量和水平。

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