風機發電機中電力電子技術應用

羅永強

摘 要：風力發電作為典型的清潔可再生能源發電方式之一，經過長期以來的發展其技術逐步走向成熟，風力發電具有成本低、對環境影響較小的特點，因此具有極大的開發價值，在推動能源結構調整、環境保護和可持續發展等方面都發揮著十分重要的作用。電力電子技術目前的應用十分廣泛，通過電力電子技術能夠實現非電能和電能之間的轉換，因此對風機發電機中電力電子技術的應用展開研究具有極強的現實意義。

關鍵詞：風機發電機;電力電子技術;應用

在風力發電系統之中，要想提高電能的質量以及保證電力輸送的穩定性和可靠性，對風機發電機中的設備有著較高的要求，而電力電子技術相對于其他傳統技術具備較多優勢，能夠有效解決風力發電系統中存在的一些問題。

1 電力電子技術概述

電力電子技術主要是對電力領域中一系列電子技術的總稱，具體來說即是一種能夠通過電力電子器件實現電能轉換和操控的現代技術，電路、裝置及其他相關器件是電力電子技術的核心部分，其中，電路的理論基礎來源于電子學，半導體是電力電子器件的最根本材料。

電力電子技術誕生的標志是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。電力電子技術之所以能夠得到廣泛應用，是因為其能夠滿足不同用電裝置的不同續期，利用電網的工頻電能，電力電子技術能夠轉換出不同性質和用途的電能。電力電子技術的發展也推動了人們對電能利用方式和利用觀念的轉變，甚至可以說，電力電子技術是衡量一個國家工業發展水平的重要標志之一。

2 風機發電集中電力電子技術的具體應用

2.1 IGBT器件

IGBT即絕緣柵雙極型晶體管，IGBT主要由三個電極構成，包括了集電極、發射極和柵極，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斷器件。IGBT器件的具體工作原理是，當UGE>開啟電壓UGE（th）時，IGBT導通，通過電導調制效應來使得通態壓降小，IGBT關斷的原理是當柵射極間施加反壓或者不加信號時，IGBT關斷。

在風機發電機中，IGBT是實現能源轉換和傳輸的核心器件之一，IGBT的應用關鍵在于對系統功率的控制。IGBT的作用主要體現在兩方面，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技術實現無源逆變，通過直流輸電把電力輸送給無交流電源的相關負荷點。但由于在風力風電的過程中，風速并不會一直維持在一個穩定狀態，因此很難實現對IGBT模塊溫度的穩定調控，無論是溫度過高還是溫度過低都會導致芯片和銅底片、銅底片和基板在焊接時承受較高的周期性負荷。

面對IGBT在實際應用中存在的這一現象，IGBT之中的SPWN逆變器得到了廣泛應用，其工作原理是通過對開關波形的控制來實現對輸出電流的控制，此外，通過對初始角度調節，能夠使得逆變器將功率因素轉換為1，以這種形式來完成對電網能源的輸送，能夠對系統功率起到優化作用。

2.2 交直交變頻器

風力發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化，并且能夠完成和電網之間的能量傳遞。然而在實際的應用中，會出現側功率低、電壓諧波較多的問題，為了提高交直交變頻器的應用效果，應該優化系統，實現雙向交流，尤其是應該更加科學地運用無刷雙饋電機和變速恒頻系統。此外，如果在海上風電場的發電系統之中，還能夠通過電力電子變頻器實現對有功和無功控制的穩定維持，進而保證在最低的機械應力和噪音條件下得到最高的風能。

2.3 矩陣變換器

矩陣變換器是電力電子技術中擁有十分廣泛應用空間的器件，通過矩陣變換器能夠促進交流電中相關參數的合理轉換，并且能夠實現對風力發電系統中相關電壓和調節頻率的科學控制，最終實現對變頻恒頻的有效控制，最大化地捕獲到風能。

3 電力電子技術在風機發電機中的應用實踐

3.1 對風力發電系統進行改造

在傳統風機發電機中，主動失速或失速風機發電機的關鍵運行方式，但這種運行方式存在著輸出功率的穩定性和可靠性較差的問題，而電力電子技術的應用則實現了對風機發電機系統的優化。比如，變速恒頻風力發電機系統的應用，該系統中的變速恒頻變槳距調節能夠在雙饋感應電機被配置在內部的情況下，提高整體的輸電質量，同時降低能耗。

3.2 對儲能的優化

在風力發電系統中，如何解決風向和風速的不穩定性，是提高風力發電系統效率的重要課題，面對這一問題，可以通過強化對風能有效存儲的方式來提高發電和供電的穩定性。目前較為通用的儲能方式是使用蓄電池，蓄電池的優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，通過超導線圈也能夠實現對風能的儲存，但就現有技術條件而言，該技術尚且不夠成熟，還無法實現普遍應用。

3.3 風力發電濾波和補償的應用

風機發電機組在運行時有時會出現閃變、電源波動和配電網絡諧波的問題，為了盡可能避免這些問題對風力發電系統的干擾，就需要進行相應的補償和濾波處理。現階段最常用的兩種濾波補償技術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可關斷組件，按照坐標變換的原理實現瞬時無功的有效控制，最終達到補償的目的。而靜止無功補償器是當下一種較為先進的技術，利用該技術能夠改善明顯的電壓波動，推動電能整體質量的提高。

4 結語

風力發電是具有廣闊開發前景的新能源發電方式之一，而不斷發展成熟的電力電子技術在風機發電機中的應用，能夠提高風力發電的效率，保證電力變化的質量，甚至在一定程度上實現對發電成本的控制，因此必須積極開展對風機發電機中電力電子技術應用的探討，提高應用的質量和水平。

參考文獻：

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