風力發(fā)電變流器的發(fā)展趨勢探索

摘 要：隨著時代經(jīng)濟的飛速發(fā)展，風力這一可再生能源，其風力發(fā)電機組的容量逐漸增大，同時伴隨著風力發(fā)電技術的飛速發(fā)展，現(xiàn)代化風力發(fā)電變流器不僅僅要有著相對較高的功率密度和優(yōu)良的控制性能，同時也要有著較為高的可靠性，進而促進我國國民經(jīng)濟的整體發(fā)展。文章則對我國風力發(fā)電系統(tǒng)和風力發(fā)電變流器的發(fā)展趨勢積極探索。

關鍵詞：風力發(fā)電；變流器；發(fā)展趨勢

引言

21世紀的今天，風作為地球上的一種自然現(xiàn)象，逐漸受到了人們的關注，隨著科學技術的進步，風力發(fā)電的應運而生對全球經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展有著一定的積極促進作用。同時風能作為一種可再生能源，不僅僅取之不盡，同樣也是用之不竭的，相對來說其能源有著一定的清潔性。而風力發(fā)電變流器隨著科學技術的日益成熟，其風力發(fā)電機組自身同樣也得到了一系列的改善，其發(fā)展應用前景相對廣闊。因此文章對風力發(fā)電變流器發(fā)展趨勢進行探討分析有一定的經(jīng)濟價值和現(xiàn)實意義。

1 風力發(fā)電系統(tǒng)及其技術的發(fā)展

1.1 風力發(fā)電系統(tǒng)

風力發(fā)電作為近些年來世界上增長相對較快的一種能源，逐漸成為能源核心發(fā)展戰(zhàn)略之一。就目前而言，中國風電裝機總容量逐漸增大，同時風力發(fā)電同樣也取得了較快的進步。當前我國風力發(fā)電系統(tǒng)主要有雙饋型風力發(fā)電系統(tǒng)和同步直驅型風力發(fā)電系統(tǒng)兩種。

就典型的雙饋型風力發(fā)電系統(tǒng)而言，其風力發(fā)電系統(tǒng)主要有多級齒輪、雙饋感應發(fā)電機以及背靠背雙PWM變流器，定子側通過和電網(wǎng)直接相連接，其轉子側借助于背靠背雙PWM變流器和電網(wǎng)有機的相連接，進而實現(xiàn)風力發(fā)電系統(tǒng)的變速恒頻運行。

而同步直驅風力發(fā)電系統(tǒng)中的同步發(fā)電機的輸出頻率在某種程度上和電壓隨著轉速的變化逐漸發(fā)生著變化，現(xiàn)代市場上的直驅式風力發(fā)電機主要有電激磁同步發(fā)電機和永磁同步發(fā)電機兩種，同時同步直驅風力發(fā)電系統(tǒng)主要是對全功率變流器加以采用，于塔筒底部放置。

雙饋型風力發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)勢主要有著較高的電極轉速和較小的體積重量，同時變流器中僅僅通過轉差功率，其容量相對較小，而雙饋型風力發(fā)電系統(tǒng)的多級齒輪箱不僅僅存在一定的摩擦損耗和發(fā)熱等情況，同時還需要定期的進行維護。而同步直驅型風力發(fā)電系統(tǒng)有著較小的機械噪音，系統(tǒng)運行的可靠性相對較高，但是其發(fā)電機有著相對較低的轉速和較高的轉矩。

1.2 風力發(fā)電技術的發(fā)展趨勢

隨著時代經(jīng)濟的飛速發(fā)展以及科學技術的日新月異，現(xiàn)代化風力發(fā)電技術在實際的發(fā)展過程中逐漸趨向于高效能以及低成本上的發(fā)展。在將風力發(fā)電效率顯著提高的同時，并將其成本顯著降低，對電能的質量進行改善，將噪音降低，進而實現(xiàn)風力發(fā)電的穩(wěn)定可靠運行。風力發(fā)電技術在未來的發(fā)展過程中，不僅僅使得其單機容量逐漸穩(wěn)步上升，同時其直驅式和半直驅式的傳動系統(tǒng)的應用將會越來越廣泛。相信電力發(fā)電技術在未來的發(fā)展過程中，永磁同步發(fā)電機的應用也是相對較為廣泛的，同時其風力發(fā)電技術將會對變流器的容量以及其可靠性有著越來越高的要求。

總而言之，風力發(fā)電技術在未來的發(fā)展過程中，將會順應當今時代發(fā)展的潮流，其變流器的容量將會越來越大，而其風力發(fā)電系統(tǒng)的運行將會更加的可靠，進而廣泛的應用于各行各業(yè)的蓬勃發(fā)展中。

2 風力發(fā)電變流器控制系統(tǒng)發(fā)展

風能發(fā)電具有可持續(xù)的發(fā)展特點，利用可再生資源，為人們的生活、生產(chǎn)創(chuàng)造綠色有機能源。在環(huán)境遭受巨大大量的污染排物的壓力下，建立高效能、低污染的發(fā)電控制系統(tǒng)成為當前的電廠的工作重點。其中風力發(fā)電控制系統(tǒng)包括發(fā)電機組控制單元、遠程控制操作站和高速光纖網(wǎng)絡等部分組成。電機組控制單元設計要求高，多設置在大型風電場，是風機的指揮中心，分布在機組的機艙和塔筒內(nèi)，用來實現(xiàn)自動發(fā)電控制、設備保護、參數(shù)監(jiān)視等功能，具有很強的抗電磁干擾和適應能力。每個程控制中心都配有專業(yè)人員，對運行狀況進行實時分析和檢測，負責風機設備的調(diào)試、操作和維護工作，保證機組的正常運轉；光纖網(wǎng)絡是數(shù)據(jù)的主要傳輸渠道，將機組的數(shù)據(jù)及時地反映到監(jiān)控平臺，實現(xiàn)對發(fā)電流程的智能化控制。風力發(fā)電控制系統(tǒng)的三個發(fā)展層次為：保證可靠運行——獲取最大能量——保持良好的供電質量。二十世紀八十年代，風力發(fā)電機組并網(wǎng)、運行的安全性始終是電力開發(fā)中存在的問題，系統(tǒng)開發(fā)人員分別采取了軟并網(wǎng)技術、偏航與自動解纜技術、空氣動力剎車技術等進行解決。九十年代至今，發(fā)電控制技術又從定槳距恒速運行技術向變槳距變速運行技術方向發(fā)展，基本實現(xiàn)理想的供電狀態(tài)。

2.1 并/脫網(wǎng)系統(tǒng)控制

此控制系統(tǒng)為電力的安全運行奠定了基礎，提高了電機起動速度，預防電機停止造成的生產(chǎn)癱瘓局面。當風力發(fā)電機轉速達到一定時速時，執(zhí)行并網(wǎng)操作。采用晶閘管軟切入并網(wǎng)的方法減小對電網(wǎng)的沖擊。當軟切入時，監(jiān)視三相電流的平衡度并限制發(fā)電機并網(wǎng)的電流，若不平衡度超過限制范圍則需停機。此外，軟切入裝置還能令風力發(fā)電機在較低風速下起動。當風速低于切入時，應將發(fā)電機脫離電網(wǎng)，并在每秒風速小于4m時，行使機械制動。高原地區(qū)風速變化較大，為了實現(xiàn)風力發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定工作狀態(tài)，必須制定風力控制方案。當變槳直流母線電壓持續(xù)低于480V/3s時，啟動報警裝置；當發(fā)電機運轉速度分別超過或低于上、下限值時，停機處理；當漿液電容壓力小于400V時，停機。

2.2 電流傳輸系統(tǒng)控制

串聯(lián)型有源電力濾波器（圖1）是抑制諧波的有效途徑，它主要由絕緣柵雙極型晶體管構成的逆變器組成。對諧波進行補償時，濾波器通過變壓器T被串聯(lián)在逆變器和電源之間，而C和L用作抑制濾波器產(chǎn)生的高頻噪音。此時，串聯(lián)型有源電力濾波器充當受控電壓源的作用，產(chǎn)生的諧波電壓和負荷載諧波電壓方向相反、但大小相等，因此達到抵消的效果，同時，使流入電網(wǎng)中的電流與正弦波相近，達到補償諧波的目的。

圖1

2.3 變流器控制策略

低電壓穿越是風力發(fā)電企業(yè)必須具備的一項技術，為了在電壓波動時，保持供電線路并網(wǎng)和安全運行，必須制定低壓穿越控制策略。低壓穿越的制約因素是變流器的容量小，導致電壓跌落時具有加大對危險性。定子/轉子連接電網(wǎng)時，需要經(jīng)過變流器，變流器電壓值的控制問題會對電網(wǎng)的正常運行造成影響。要想解決這個問題，需要對變流器的過流值和耐壓值進行進行調(diào)整，增大電流流量，提高直流電壓，儲存更多電量，使變流器在短時間內(nèi)能夠處理更多的電流，保證有足夠的能量穿越低壓。endprint

3 風力發(fā)電變流器的發(fā)展趨勢

一般而言，風力發(fā)電變流器作為電網(wǎng)和風力發(fā)電的主要接口，不僅僅要嚴格的控制其風力發(fā)電機，同時還要對風機控制器加以配合，并在某種程度上將對風能的最大捕獲最終實現(xiàn)，進而提供優(yōu)質的電能供電網(wǎng)使用。風力發(fā)電變流器的關鍵技術主要有變流器頂層電氣設計、變流器控制技術、變流器散熱設計等幾種，其各自發(fā)展方向如下。

3.1 變流器頂層電氣設計發(fā)展

電力發(fā)電變流器在實際的發(fā)展過程中，主要是對變流器拓撲形式、參數(shù)范圍以及通信接口方式加以涵蓋，就雙饋型系統(tǒng)而言，變流器主要是對雙PWM變流器加以采用，并對功率的雙向流動加以保證。在對背靠背雙PWM全控拓撲結構加以采用的前提下，并保證機側電流諧波全面減少，并對電機的多種控制策略加以實現(xiàn)。同時信息實時交換和能量管理的前提則是有著相對可靠和標準的通信方式，而在變流器實際的通信系統(tǒng)設計過程中，通過對信息技術加以融合，并保證其通信方式有著一定的可靠性和快捷性，最大程度上對系統(tǒng)的可靠保護加以實現(xiàn)。

3.2 變流器控制技術發(fā)展

對于雙饋和永磁直驅變速恒頻風電系統(tǒng)而言，主要是對背靠背雙PWM變流器加以此阿勇，其能量有著雙向流動的特點。而永磁同步電機直驅系統(tǒng)主要是對轉速調(diào)節(jié)的實現(xiàn)，實現(xiàn)轉矩和電機勵磁的解耦控制，進而保證發(fā)電機運行狀況下處于變速恒頻狀態(tài)。永磁直驅型變流器系統(tǒng)在將發(fā)電機發(fā)出的邊頻率和變幅值的交流電能逐漸逐漸為工頻電能的同時，往往需要風機控制器的配合，該系統(tǒng)在實際的運行過程中，往往需要對電網(wǎng)側逆變器加以控制，并將有功傳輸和無功補償加以實現(xiàn)，進而實現(xiàn)電網(wǎng)傳輸過程中有著相對穩(wěn)定的電功率，盡可能的選取合適的濾波器對電能質量進行保證。

3.3 變流器散熱技術發(fā)展

變流器散熱設計的過程中，由于風電機組實際的工作狀態(tài)往往處于相對惡劣的環(huán)境中，難免受到各種自然環(huán)境因素的直接影響，同時風電機組在實際的工作中，難免存在高強度的熱能，對于如何對對變流器進行合理的散熱成為當今研究的熱點之一。

變流器在實際的散熱設計過程中主要是對兩電平拓撲加以采用，在對三電平結構設計加以采用的同時，其系統(tǒng)的成本顯著增大。而變流器結構以及其散熱系統(tǒng)，盡可能的增加防鹽霧腐蝕和潮濕，并對其體積進行嚴格的限制，在實際的大功率變流器中主要是對液體閉式循環(huán)散熱和空氣循環(huán)冷卻相結合的方式加以采用，并借助于海水對其外部進行冷卻處理。

3.4 風力發(fā)電變流器發(fā)展趨勢

風力發(fā)電變流器在實際的發(fā)展過程中，一方面要求變流器的功率密度更要不斷的提高，并保證風力發(fā)電系統(tǒng)運行的過程中有著相對較高的可靠性和較為便利的維護性，盡可能的對功率等級相對較高的半導體器件加以采用，進而實現(xiàn)其模塊化的設計。另一方面則要降低風能的損耗，并對器件的功率處理能力充分發(fā)揮，將設備體積顯著減少，提高電壓電流的等級，使得其拓撲結構有著一定的靈活多樣性。

3.4.1 高頻率密度、通用模塊化設計

在風力發(fā)電組容量不斷增加的需求下，也就必須要不斷的提高變流器的功率密度，基于未來海上風場環(huán)境的需求，也需要風力系統(tǒng)具有較高的可靠性以及維護方便性。所以需要借助于功率等級更高的半導體器件和模塊化設計方法。在現(xiàn)今風電變流器中，IGBT開關器件得到廣泛的應用，但是在變流器容量不斷增加趨勢下，必須要不斷的推廣功率等級更高的IGCT。但是這一器件所運用的是平板結構，必須通過上下兩個散熱面將其工作中產(chǎn)生的損耗傳導出來，基于這一情況，也就為器件的功率處理能力以及設備體積的減少提供了相應的條件。這一模式設計包括8個IGCT單元、水冷回路以及吸收電路，在對其中IGCT任何一個單元取出的時候，均不需要對母排和水管超拆卸，同時在沒有保險管的環(huán)境下，智能保護系統(tǒng)能夠確保IGCT出現(xiàn)損害，也不會引起其他部件的損壞，可見其具有較高可靠性和可維護性。

3.4.2 不斷深入研究低壓穿越問題

隨著風力發(fā)電裝機容量的不斷擴大，低電壓穿越能力對于電網(wǎng)產(chǎn)生的影響作用也不斷增強，變流器也正好是這一需求的直接承擔者。所以風電機組是否能夠對火力發(fā)電類似傳軸可靠性標準滿足，也成為其變流器設計的主要目標。想要確保在風電機組出現(xiàn)嚴重電網(wǎng)榮愛東的時候，低電壓穿越技術可以不間斷運行，同時對電網(wǎng)提供無功，就必須要對發(fā)電機組和變流器控制強化設計，以此避免出現(xiàn)電壓崩潰的危險。目前從國外直驅風電產(chǎn)品與其應用情況來看，為滿足新電網(wǎng)規(guī)則關于低電壓穿越及無功支持的相關需要，這些具有功能集成的產(chǎn)品已經(jīng)得到一定的實際應用，由此可以看出低電壓穿越和無功支持在現(xiàn)代大型風電機組中具有重要作用。我國關于其研究還存在兩個方面的問題，其一必須盡快推出其相關的正式標準，其二需要依照其具體的標準構建相應的試驗平臺。另外在關于無功支持實現(xiàn)過程中，就怎樣對多臺風力發(fā)電機無功功率實施協(xié)調(diào)控制，以能夠得到更好的風電場電壓控制效果，也就成為其研究的重點。變流器的無功調(diào)節(jié)的控制目標一般是風電場接入點電壓水平控制，借助于接入變流系統(tǒng)，能夠通過變流器對其電壓實施快速控制，從而對其自身輸出無功功率功能有效實現(xiàn)。

總而言之，風力發(fā)電變流器發(fā)展過程中，更應該加強對低壓穿越問題的研究力度，并盡可能的保證變流器設計過程中的安全可靠性，將電壓崩潰的危險顯著減少。

4 結束語

近年來，隨著時代經(jīng)濟的飛速發(fā)展以及科學技術的日新月異，能量作為客觀世界構成的重要要素之一，直接影響著全球經(jīng)濟整體上發(fā)展。同時伴隨著人類社會的共同進步，現(xiàn)代化的全球能源的需求量逐漸增加，同時風力作為一種新型的自然能源，備受人們的關注。文章在對風力發(fā)電變流器發(fā)展趨勢進行探討分析的過程中，首先闡述了風力發(fā)電系統(tǒng)以及其發(fā)展趨勢，并分析了其風力發(fā)電技術的發(fā)展趨勢，進而淺析了風力發(fā)電變流器的關鍵技術，最后探討總結了風力發(fā)電變流器的具體發(fā)展趨勢，以供參考。

參考文獻

[1]馬偉明，肖飛.風力發(fā)電變流器發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].中國工程科學，2011（1）：236-237.

[2]宋修璞，葛寶明，畢大強，等.具有低電壓穿越功能的雙饋風力發(fā)電模擬平臺的設計[J].電氣傳動，2014（8）：214-215.

[3]曾翔君，張宏韜，李迎基，等.于多相PMSG和三電平變流器的風電機組低電壓穿越[J].電力系統(tǒng)自動化，2012（11）：209-210.

[4]李建林，朱穎，胡書舉，等.風力發(fā)電系統(tǒng)中大功率變流器的應用[J].高電壓技術，2009（1）：367-368.

[5]李建林，徐少華.直接驅動型風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制策略[J].電力自動化設備，2012（1）：482-483.

[6]魏偉，許勝輝.風力發(fā)電及相關技術綜述[J].微電機，2009（4）：157-159.

[7]喻莉.小型風力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)變流器的控制研究[D].合肥工業(yè)大學，2010.

作者簡介：黃繼濤（1972，6-），男，籍貫：遼寧岫巖，民族：漢，職稱：電氣工程師（中級），學位：學士學位，研究方向：發(fā)電廠運行與檢修及管理，單位：湖南華電郴州風力發(fā)電有限公司。endprint

3 風力發(fā)電變流器的發(fā)展趨勢

一般而言，風力發(fā)電變流器作為電網(wǎng)和風力發(fā)電的主要接口，不僅僅要嚴格的控制其風力發(fā)電機，同時還要對風機控制器加以配合，并在某種程度上將對風能的最大捕獲最終實現(xiàn)，進而提供優(yōu)質的電能供電網(wǎng)使用。風力發(fā)電變流器的關鍵技術主要有變流器頂層電氣設計、變流器控制技術、變流器散熱設計等幾種，其各自發(fā)展方向如下。

3.1 變流器頂層電氣設計發(fā)展

電力發(fā)電變流器在實際的發(fā)展過程中，主要是對變流器拓撲形式、參數(shù)范圍以及通信接口方式加以涵蓋，就雙饋型系統(tǒng)而言，變流器主要是對雙PWM變流器加以采用，并對功率的雙向流動加以保證。在對背靠背雙PWM全控拓撲結構加以采用的前提下，并保證機側電流諧波全面減少，并對電機的多種控制策略加以實現(xiàn)。同時信息實時交換和能量管理的前提則是有著相對可靠和標準的通信方式，而在變流器實際的通信系統(tǒng)設計過程中，通過對信息技術加以融合，并保證其通信方式有著一定的可靠性和快捷性，最大程度上對系統(tǒng)的可靠保護加以實現(xiàn)。

3.2 變流器控制技術發(fā)展

對于雙饋和永磁直驅變速恒頻風電系統(tǒng)而言，主要是對背靠背雙PWM變流器加以此阿勇，其能量有著雙向流動的特點。而永磁同步電機直驅系統(tǒng)主要是對轉速調(diào)節(jié)的實現(xiàn)，實現(xiàn)轉矩和電機勵磁的解耦控制，進而保證發(fā)電機運行狀況下處于變速恒頻狀態(tài)。永磁直驅型變流器系統(tǒng)在將發(fā)電機發(fā)出的邊頻率和變幅值的交流電能逐漸逐漸為工頻電能的同時，往往需要風機控制器的配合，該系統(tǒng)在實際的運行過程中，往往需要對電網(wǎng)側逆變器加以控制，并將有功傳輸和無功補償加以實現(xiàn)，進而實現(xiàn)電網(wǎng)傳輸過程中有著相對穩(wěn)定的電功率，盡可能的選取合適的濾波器對電能質量進行保證。

3.3 變流器散熱技術發(fā)展

變流器散熱設計的過程中，由于風電機組實際的工作狀態(tài)往往處于相對惡劣的環(huán)境中，難免受到各種自然環(huán)境因素的直接影響，同時風電機組在實際的工作中，難免存在高強度的熱能，對于如何對對變流器進行合理的散熱成為當今研究的熱點之一。

變流器在實際的散熱設計過程中主要是對兩電平拓撲加以采用，在對三電平結構設計加以采用的同時，其系統(tǒng)的成本顯著增大。而變流器結構以及其散熱系統(tǒng)，盡可能的增加防鹽霧腐蝕和潮濕，并對其體積進行嚴格的限制，在實際的大功率變流器中主要是對液體閉式循環(huán)散熱和空氣循環(huán)冷卻相結合的方式加以采用，并借助于海水對其外部進行冷卻處理。

3.4 風力發(fā)電變流器發(fā)展趨勢

風力發(fā)電變流器在實際的發(fā)展過程中，一方面要求變流器的功率密度更要不斷的提高，并保證風力發(fā)電系統(tǒng)運行的過程中有著相對較高的可靠性和較為便利的維護性，盡可能的對功率等級相對較高的半導體器件加以采用，進而實現(xiàn)其模塊化的設計。另一方面則要降低風能的損耗，并對器件的功率處理能力充分發(fā)揮，將設備體積顯著減少，提高電壓電流的等級，使得其拓撲結構有著一定的靈活多樣性。

3.4.1 高頻率密度、通用模塊化設計

在風力發(fā)電組容量不斷增加的需求下，也就必須要不斷的提高變流器的功率密度，基于未來海上風場環(huán)境的需求，也需要風力系統(tǒng)具有較高的可靠性以及維護方便性。所以需要借助于功率等級更高的半導體器件和模塊化設計方法。在現(xiàn)今風電變流器中，IGBT開關器件得到廣泛的應用，但是在變流器容量不斷增加趨勢下，必須要不斷的推廣功率等級更高的IGCT。但是這一器件所運用的是平板結構，必須通過上下兩個散熱面將其工作中產(chǎn)生的損耗傳導出來，基于這一情況，也就為器件的功率處理能力以及設備體積的減少提供了相應的條件。這一模式設計包括8個IGCT單元、水冷回路以及吸收電路，在對其中IGCT任何一個單元取出的時候，均不需要對母排和水管超拆卸，同時在沒有保險管的環(huán)境下，智能保護系統(tǒng)能夠確保IGCT出現(xiàn)損害，也不會引起其他部件的損壞，可見其具有較高可靠性和可維護性。

3.4.2 不斷深入研究低壓穿越問題

隨著風力發(fā)電裝機容量的不斷擴大，低電壓穿越能力對于電網(wǎng)產(chǎn)生的影響作用也不斷增強，變流器也正好是這一需求的直接承擔者。所以風電機組是否能夠對火力發(fā)電類似傳軸可靠性標準滿足，也成為其變流器設計的主要目標。想要確保在風電機組出現(xiàn)嚴重電網(wǎng)榮愛東的時候，低電壓穿越技術可以不間斷運行，同時對電網(wǎng)提供無功，就必須要對發(fā)電機組和變流器控制強化設計，以此避免出現(xiàn)電壓崩潰的危險。目前從國外直驅風電產(chǎn)品與其應用情況來看，為滿足新電網(wǎng)規(guī)則關于低電壓穿越及無功支持的相關需要，這些具有功能集成的產(chǎn)品已經(jīng)得到一定的實際應用，由此可以看出低電壓穿越和無功支持在現(xiàn)代大型風電機組中具有重要作用。我國關于其研究還存在兩個方面的問題，其一必須盡快推出其相關的正式標準，其二需要依照其具體的標準構建相應的試驗平臺。另外在關于無功支持實現(xiàn)過程中，就怎樣對多臺風力發(fā)電機無功功率實施協(xié)調(diào)控制，以能夠得到更好的風電場電壓控制效果，也就成為其研究的重點。變流器的無功調(diào)節(jié)的控制目標一般是風電場接入點電壓水平控制，借助于接入變流系統(tǒng)，能夠通過變流器對其電壓實施快速控制，從而對其自身輸出無功功率功能有效實現(xiàn)。

總而言之，風力發(fā)電變流器發(fā)展過程中，更應該加強對低壓穿越問題的研究力度，并盡可能的保證變流器設計過程中的安全可靠性，將電壓崩潰的危險顯著減少。

4 結束語

近年來，隨著時代經(jīng)濟的飛速發(fā)展以及科學技術的日新月異，能量作為客觀世界構成的重要要素之一，直接影響著全球經(jīng)濟整體上發(fā)展。同時伴隨著人類社會的共同進步，現(xiàn)代化的全球能源的需求量逐漸增加，同時風力作為一種新型的自然能源，備受人們的關注。文章在對風力發(fā)電變流器發(fā)展趨勢進行探討分析的過程中，首先闡述了風力發(fā)電系統(tǒng)以及其發(fā)展趨勢，并分析了其風力發(fā)電技術的發(fā)展趨勢，進而淺析了風力發(fā)電變流器的關鍵技術，最后探討總結了風力發(fā)電變流器的具體發(fā)展趨勢，以供參考。

參考文獻

[1]馬偉明，肖飛.風力發(fā)電變流器發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].中國工程科學，2011（1）：236-237.

[2]宋修璞，葛寶明，畢大強，等.具有低電壓穿越功能的雙饋風力發(fā)電模擬平臺的設計[J].電氣傳動，2014（8）：214-215.

[3]曾翔君，張宏韜，李迎基，等.于多相PMSG和三電平變流器的風電機組低電壓穿越[J].電力系統(tǒng)自動化，2012（11）：209-210.

[4]李建林，朱穎，胡書舉，等.風力發(fā)電系統(tǒng)中大功率變流器的應用[J].高電壓技術，2009（1）：367-368.

[5]李建林，徐少華.直接驅動型風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制策略[J].電力自動化設備，2012（1）：482-483.

[6]魏偉，許勝輝.風力發(fā)電及相關技術綜述[J].微電機，2009（4）：157-159.

[7]喻莉.小型風力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)變流器的控制研究[D].合肥工業(yè)大學，2010.

作者簡介：黃繼濤（1972，6-），男，籍貫：遼寧岫巖，民族：漢，職稱：電氣工程師（中級），學位：學士學位，研究方向：發(fā)電廠運行與檢修及管理，單位：湖南華電郴州風力發(fā)電有限公司。endprint

3 風力發(fā)電變流器的發(fā)展趨勢

一般而言，風力發(fā)電變流器作為電網(wǎng)和風力發(fā)電的主要接口，不僅僅要嚴格的控制其風力發(fā)電機，同時還要對風機控制器加以配合，并在某種程度上將對風能的最大捕獲最終實現(xiàn)，進而提供優(yōu)質的電能供電網(wǎng)使用。風力發(fā)電變流器的關鍵技術主要有變流器頂層電氣設計、變流器控制技術、變流器散熱設計等幾種，其各自發(fā)展方向如下。

3.1 變流器頂層電氣設計發(fā)展

電力發(fā)電變流器在實際的發(fā)展過程中，主要是對變流器拓撲形式、參數(shù)范圍以及通信接口方式加以涵蓋，就雙饋型系統(tǒng)而言，變流器主要是對雙PWM變流器加以采用，并對功率的雙向流動加以保證。在對背靠背雙PWM全控拓撲結構加以采用的前提下，并保證機側電流諧波全面減少，并對電機的多種控制策略加以實現(xiàn)。同時信息實時交換和能量管理的前提則是有著相對可靠和標準的通信方式，而在變流器實際的通信系統(tǒng)設計過程中，通過對信息技術加以融合，并保證其通信方式有著一定的可靠性和快捷性，最大程度上對系統(tǒng)的可靠保護加以實現(xiàn)。

3.2 變流器控制技術發(fā)展

對于雙饋和永磁直驅變速恒頻風電系統(tǒng)而言，主要是對背靠背雙PWM變流器加以此阿勇，其能量有著雙向流動的特點。而永磁同步電機直驅系統(tǒng)主要是對轉速調(diào)節(jié)的實現(xiàn)，實現(xiàn)轉矩和電機勵磁的解耦控制，進而保證發(fā)電機運行狀況下處于變速恒頻狀態(tài)。永磁直驅型變流器系統(tǒng)在將發(fā)電機發(fā)出的邊頻率和變幅值的交流電能逐漸逐漸為工頻電能的同時，往往需要風機控制器的配合，該系統(tǒng)在實際的運行過程中，往往需要對電網(wǎng)側逆變器加以控制，并將有功傳輸和無功補償加以實現(xiàn)，進而實現(xiàn)電網(wǎng)傳輸過程中有著相對穩(wěn)定的電功率，盡可能的選取合適的濾波器對電能質量進行保證。

3.3 變流器散熱技術發(fā)展

變流器散熱設計的過程中，由于風電機組實際的工作狀態(tài)往往處于相對惡劣的環(huán)境中，難免受到各種自然環(huán)境因素的直接影響，同時風電機組在實際的工作中，難免存在高強度的熱能，對于如何對對變流器進行合理的散熱成為當今研究的熱點之一。

變流器在實際的散熱設計過程中主要是對兩電平拓撲加以采用，在對三電平結構設計加以采用的同時，其系統(tǒng)的成本顯著增大。而變流器結構以及其散熱系統(tǒng)，盡可能的增加防鹽霧腐蝕和潮濕，并對其體積進行嚴格的限制，在實際的大功率變流器中主要是對液體閉式循環(huán)散熱和空氣循環(huán)冷卻相結合的方式加以采用，并借助于海水對其外部進行冷卻處理。

3.4 風力發(fā)電變流器發(fā)展趨勢

風力發(fā)電變流器在實際的發(fā)展過程中，一方面要求變流器的功率密度更要不斷的提高，并保證風力發(fā)電系統(tǒng)運行的過程中有著相對較高的可靠性和較為便利的維護性，盡可能的對功率等級相對較高的半導體器件加以采用，進而實現(xiàn)其模塊化的設計。另一方面則要降低風能的損耗，并對器件的功率處理能力充分發(fā)揮，將設備體積顯著減少，提高電壓電流的等級，使得其拓撲結構有著一定的靈活多樣性。

3.4.1 高頻率密度、通用模塊化設計

在風力發(fā)電組容量不斷增加的需求下，也就必須要不斷的提高變流器的功率密度，基于未來海上風場環(huán)境的需求，也需要風力系統(tǒng)具有較高的可靠性以及維護方便性。所以需要借助于功率等級更高的半導體器件和模塊化設計方法。在現(xiàn)今風電變流器中，IGBT開關器件得到廣泛的應用，但是在變流器容量不斷增加趨勢下，必須要不斷的推廣功率等級更高的IGCT。但是這一器件所運用的是平板結構，必須通過上下兩個散熱面將其工作中產(chǎn)生的損耗傳導出來，基于這一情況，也就為器件的功率處理能力以及設備體積的減少提供了相應的條件。這一模式設計包括8個IGCT單元、水冷回路以及吸收電路，在對其中IGCT任何一個單元取出的時候，均不需要對母排和水管超拆卸，同時在沒有保險管的環(huán)境下，智能保護系統(tǒng)能夠確保IGCT出現(xiàn)損害，也不會引起其他部件的損壞，可見其具有較高可靠性和可維護性。

3.4.2 不斷深入研究低壓穿越問題

隨著風力發(fā)電裝機容量的不斷擴大，低電壓穿越能力對于電網(wǎng)產(chǎn)生的影響作用也不斷增強，變流器也正好是這一需求的直接承擔者。所以風電機組是否能夠對火力發(fā)電類似傳軸可靠性標準滿足，也成為其變流器設計的主要目標。想要確保在風電機組出現(xiàn)嚴重電網(wǎng)榮愛東的時候，低電壓穿越技術可以不間斷運行，同時對電網(wǎng)提供無功，就必須要對發(fā)電機組和變流器控制強化設計，以此避免出現(xiàn)電壓崩潰的危險。目前從國外直驅風電產(chǎn)品與其應用情況來看，為滿足新電網(wǎng)規(guī)則關于低電壓穿越及無功支持的相關需要，這些具有功能集成的產(chǎn)品已經(jīng)得到一定的實際應用，由此可以看出低電壓穿越和無功支持在現(xiàn)代大型風電機組中具有重要作用。我國關于其研究還存在兩個方面的問題，其一必須盡快推出其相關的正式標準，其二需要依照其具體的標準構建相應的試驗平臺。另外在關于無功支持實現(xiàn)過程中，就怎樣對多臺風力發(fā)電機無功功率實施協(xié)調(diào)控制，以能夠得到更好的風電場電壓控制效果，也就成為其研究的重點。變流器的無功調(diào)節(jié)的控制目標一般是風電場接入點電壓水平控制，借助于接入變流系統(tǒng)，能夠通過變流器對其電壓實施快速控制，從而對其自身輸出無功功率功能有效實現(xiàn)。

總而言之，風力發(fā)電變流器發(fā)展過程中，更應該加強對低壓穿越問題的研究力度，并盡可能的保證變流器設計過程中的安全可靠性，將電壓崩潰的危險顯著減少。

4 結束語

近年來，隨著時代經(jīng)濟的飛速發(fā)展以及科學技術的日新月異，能量作為客觀世界構成的重要要素之一，直接影響著全球經(jīng)濟整體上發(fā)展。同時伴隨著人類社會的共同進步，現(xiàn)代化的全球能源的需求量逐漸增加，同時風力作為一種新型的自然能源，備受人們的關注。文章在對風力發(fā)電變流器發(fā)展趨勢進行探討分析的過程中，首先闡述了風力發(fā)電系統(tǒng)以及其發(fā)展趨勢，并分析了其風力發(fā)電技術的發(fā)展趨勢，進而淺析了風力發(fā)電變流器的關鍵技術，最后探討總結了風力發(fā)電變流器的具體發(fā)展趨勢，以供參考。

參考文獻

[1]馬偉明，肖飛.風力發(fā)電變流器發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].中國工程科學，2011（1）：236-237.

[2]宋修璞，葛寶明，畢大強，等.具有低電壓穿越功能的雙饋風力發(fā)電模擬平臺的設計[J].電氣傳動，2014（8）：214-215.

[3]曾翔君，張宏韜，李迎基，等.于多相PMSG和三電平變流器的風電機組低電壓穿越[J].電力系統(tǒng)自動化，2012（11）：209-210.

[4]李建林，朱穎，胡書舉，等.風力發(fā)電系統(tǒng)中大功率變流器的應用[J].高電壓技術，2009（1）：367-368.

[5]李建林，徐少華.直接驅動型風力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越控制策略[J].電力自動化設備，2012（1）：482-483.

[6]魏偉，許勝輝.風力發(fā)電及相關技術綜述[J].微電機，2009（4）：157-159.

[7]喻莉.小型風力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)變流器的控制研究[D].合肥工業(yè)大學，2010.

作者簡介：黃繼濤（1972，6-），男，籍貫：遼寧岫巖，民族：漢，職稱：電氣工程師（中級），學位：學士學位，研究方向：發(fā)電廠運行與檢修及管理，單位：湖南華電郴州風力發(fā)電有限公司。endprint