新能源時代電力電子技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用

摘要：本文首先闡述了風(fēng)力發(fā)電技術(shù)分類，并且結(jié)合新能源時代電力電子元件設(shè)備模式，總結(jié)出新能源時代電力電子實際應(yīng)用方向。

關(guān)鍵詞：絕緣晶體管;電力電子技術(shù);這里厄式風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

我國經(jīng)濟(jì)與科技的發(fā)展速度不斷提升，隨之而來的是能源和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展以及保護(hù)問題，隨著對于電力能源需求的不斷提高，傳統(tǒng)開采模式，已經(jīng)無法滿足能源的實際要求，而煤炭與天然氣的消耗和需求也隨之提升，因此人們在利用自然能源創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的同時，還應(yīng)該積極保護(hù)自然環(huán)境和能源。因此風(fēng)力能源的開發(fā)成為了目前科技研究的重點。

1 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)分類

1.1水平軸風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

在風(fēng)力發(fā)電結(jié)構(gòu)中，水平軸風(fēng)力發(fā)電技術(shù)主要分為升力類型和阻力類型兩個種類。其中升力類型的發(fā)電技術(shù)的旋轉(zhuǎn)速度較快，而阻力類型的旋轉(zhuǎn)速度較慢，對于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)來說，大多數(shù)使用的是升力類型的水平軸風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。由于普遍水平軸風(fēng)力發(fā)電技術(shù)具備對于風(fēng)力控制裝置，可以隨著風(fēng)向的方向改變而轉(zhuǎn)動，然而對于此種小類型的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，此種風(fēng)力發(fā)電的設(shè)備裝置應(yīng)該使用相關(guān)設(shè)備的尾舵裝置。而對于相關(guān)大型的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)來說，則需要采用風(fēng)向的傳感設(shè)備元件，以及相搭配的電機(jī)組成的傳輸動態(tài)的設(shè)備機(jī)構(gòu)。除此之外，風(fēng)力設(shè)備結(jié)構(gòu)的風(fēng)輪，應(yīng)該在風(fēng)力發(fā)電的塔架前方，被稱為上風(fēng)向風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，而風(fēng)輪結(jié)構(gòu)設(shè)置在塔架后面的位置，其設(shè)備與發(fā)電技術(shù)則被稱為下風(fēng)向風(fēng)技術(shù)。在日常的風(fēng)力發(fā)電過程中，水平軸風(fēng)力發(fā)電技術(shù)以及搭配設(shè)備的種類和型號相對較多，除了具備反轉(zhuǎn)葉片的風(fēng)輪設(shè)備，還需要在此基礎(chǔ)上安裝多個風(fēng)輪設(shè)備，以便于設(shè)備在一定環(huán)境下的輸出功率，減少風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的整體成本，以此集中風(fēng)力發(fā)電的氣流，最終加強(qiáng)風(fēng)力氣流的流通速度。

1.2 垂直軸向風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中，除了水平軸風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，還需要重視垂直軸風(fēng)力發(fā)電技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電模式中的實際應(yīng)用，并且在實際風(fēng)向的改變模式中，利用垂直軸向風(fēng)力發(fā)電技術(shù)無需針對實際的風(fēng)力走向，同時對于水平軸風(fēng)力發(fā)電技術(shù)來說，垂直軸向風(fēng)力發(fā)電技術(shù)相比之下其自身具備一定的技術(shù)優(yōu)勢。而垂直軸向風(fēng)力發(fā)電技術(shù)所搭配的設(shè)備在實際的使用和應(yīng)用過程中，設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)不僅設(shè)計方式比較簡單，并且相對降低了設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)的風(fēng)輪對風(fēng)向的陀螺力[1]。同時使用垂直軸向風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中的旋轉(zhuǎn)類型風(fēng)力，其自身具備幾種適用類型，其中不僅具有利用設(shè)備平板和風(fēng)輪，還具有相對純阻力設(shè)備裝置。同時設(shè)備同時運(yùn)用了S型風(fēng)車設(shè)備，在實際使用時，設(shè)備自身具備部分上升力量，而此種設(shè)備和裝置在使用過程中，具備較大的動力距離，同時設(shè)備運(yùn)作時的尖速度比例，尤其是在設(shè)備風(fēng)輪尺寸、自身重量以及制作成本的情況下，會導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電的整體功率輸出較低。

1.3 達(dá)里厄式風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

在風(fēng)力發(fā)電的眾多技術(shù)中，達(dá)里厄式風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是法國科學(xué)家達(dá)里厄在19世紀(jì)30年進(jìn)行技術(shù)發(fā)現(xiàn)，并且在20世紀(jì)左右，加拿大國家相關(guān)的技術(shù)學(xué)科研究所針對風(fēng)力發(fā)電進(jìn)行大量的技術(shù)研究，最終成為了水平軸風(fēng)力發(fā)技術(shù)的主要競爭對象。在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中，達(dá)里厄式技術(shù)屬于一種依靠風(fēng)力轉(zhuǎn)動產(chǎn)生升力的相關(guān)發(fā)電技術(shù)，而相應(yīng)的設(shè)備裝置中，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)彎曲葉片的橫剖面是翼型，并且其設(shè)備的的啟動力矩較低，但是在啟動過程中，扇葉的尖速比較高，因此在設(shè)備扇葉自身重量和成本的定位上，需要著重關(guān)注輸出功率方面上[2]。

2 新能源時代電力電子元件設(shè)備

2.1 絕緣晶體管

在新能源時代的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備結(jié)構(gòu)中，IGBT系統(tǒng)模塊是設(shè)備內(nèi)部的風(fēng)力發(fā)電功率零件。并且設(shè)備由雙極型三極管零部件、BJT零部件以及設(shè)備絕緣效應(yīng)晶體管共同組成，在設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，屬于復(fù)合類型的，全場控制電壓驅(qū)動模式的半導(dǎo)體零部件。加上由于設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)是合成零部件，所以，設(shè)備內(nèi)部不僅具備高壓輸入的阻抗力量，還具備低效率引導(dǎo)降低壓力等相關(guān)優(yōu)勢。同時IGBT系統(tǒng)模塊還可以借助設(shè)備電壓源頭交換電流設(shè)備，以此控制和關(guān)閉電流的流動狀態(tài)和操作模式，同時在設(shè)備結(jié)構(gòu)中，利用電流的脈沖寬度進(jìn)行相關(guān)調(diào)控，以此實現(xiàn)電源的無源逆變現(xiàn)象。除此之外，電流的有效控制有利于電源的整體定位，并且由電流的直流端口進(jìn)行直接輸電。同時，在風(fēng)力發(fā)電的過程中，設(shè)備經(jīng)常受到風(fēng)力速度的影響而無法進(jìn)行有效的控制，加上風(fēng)力方向、風(fēng)力的整體穩(wěn)定性交叉，極有可能致使風(fēng)力發(fā)電模塊的溫度出現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息異常，最終造成設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)中不同類型的電力芯片、銅制芯片、銅制底片以及基礎(chǔ)焊接點，都會承受電力發(fā)電過程中，電波大存量，并且具備一定周期性的熱力效應(yīng)，同時設(shè)備附加應(yīng)有的機(jī)械應(yīng)力。目前，風(fēng)力發(fā)電模式結(jié)構(gòu)中IGBT系統(tǒng)模塊，經(jīng)常會采用到電力脈沖寬度，以此作為基礎(chǔ)調(diào)整制作技術(shù)并且運(yùn)用相關(guān)的逆變設(shè)備，最終可以依靠掌控電流波形實現(xiàn)電流最終控制的實時輸出。同時設(shè)備啟動后，內(nèi)部結(jié)構(gòu)的初始角度改變后，逆變設(shè)備開始向整體電力網(wǎng)絡(luò)輸送能量，可以最大限度的改變電力波動諧波因數(shù)或者畸變系數(shù)。

2.2 交直流變頻設(shè)備

交直流變頻設(shè)備在日常設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，其主要運(yùn)轉(zhuǎn)原理為風(fēng)力發(fā)電設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變速恒頻系統(tǒng)，依靠設(shè)備風(fēng)力運(yùn)作頻率的整體變化趨勢，可以有效的傳送發(fā)電設(shè)備需要完成的電力網(wǎng)絡(luò)能量。其中電力設(shè)備內(nèi)部的交流電力和直流電力，在實際的設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中需要通過電力變頻設(shè)備實現(xiàn)相關(guān)的技術(shù)改造，有效的解決了電流變頻設(shè)備自身現(xiàn)有的問題和不足[3]。比如：設(shè)備電壓諧波過多、電壓輸入功率系數(shù)較低、電力功率電子元件應(yīng)用總量大等相關(guān)缺點。并且隨著電力發(fā)電技術(shù)的不斷完善和改進(jìn)，交流電流與直流電流的變頻設(shè)備可以有效的實現(xiàn)設(shè)備控制的整體策略，同時為了完成設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)導(dǎo)體電流的雙方向移動，使用交流與直流變頻技術(shù)，不僅可以應(yīng)用在電力發(fā)電設(shè)備結(jié)構(gòu)，改變電流速度，還可以使用在平衡頻道的雙饋電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，除此之外，交直流變頻設(shè)備也可以使用在雙饋電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中。目前我國某些大型的海上風(fēng)力發(fā)電場所，普遍使用大量的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，以及電力電子變頻技術(shù)，并且設(shè)備通過針對電力的有功操作和無功操作進(jìn)行有效控制，致使風(fēng)力發(fā)電組合可以通過智能化技術(shù)改變速度，同時利用不穩(wěn)定的風(fēng)力能量，不斷地減少風(fēng)力組合、風(fēng)力發(fā)設(shè)備電扇葉區(qū)域機(jī)械應(yīng)力以及產(chǎn)生的噪音。

2.3 矩陣模式變換器

在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)和設(shè)備中，矩陣模式變換設(shè)備作為一種全新形式的交流電源變換設(shè)備，由于其設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，可以有效的實現(xiàn)設(shè)備電流交流相數(shù)據(jù)、相位置、幅值數(shù)值以及電力頻率各種數(shù)據(jù)參數(shù)的不斷變換，致使風(fēng)力發(fā)電設(shè)備針對電力轉(zhuǎn)化和電力儲存的實際應(yīng)用前景較好。而矩陣變換設(shè)備在實際使用過程中，可以直接剔除電流運(yùn)轉(zhuǎn)中直流電流儲能環(huán)節(jié)，加上其可以在設(shè)備多個電流數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行相關(guān)調(diào)整和控制，可以更好的干預(yù)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和系統(tǒng)的日常運(yùn)轉(zhuǎn)，以此實現(xiàn)電力變速平衡的頻道控制，并且通過對風(fēng)速和風(fēng)向的最大數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)捕捉，以此提升整體的發(fā)電效率。

3 新能源時代電力電子實際應(yīng)用

3.1 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)改造

在21世紀(jì)初期，我國風(fēng)力發(fā)電技術(shù)中的發(fā)電機(jī)設(shè)備，電力系統(tǒng)的整體運(yùn)行控制模式主要以失速模式或者主動失速模式作為主要發(fā)電方式。而此種控制模式并沒有形成相對穩(wěn)定和安全的電力輸出功率。所以，隨著電力實際應(yīng)用的不斷強(qiáng)化和完善，逐漸退出了電力技術(shù)應(yīng)用的整個行列。現(xiàn)階段隨著電力電子技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，逐漸催生出更多的電力發(fā)電技術(shù)和相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備，同時也進(jìn)一步優(yōu)化了風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)備系統(tǒng)主要運(yùn)行模式和原理。而電力電流速度改變，以及平衡頻道風(fēng)力發(fā)電設(shè)備系統(tǒng)，是目前電力電子技術(shù)的綜合使用產(chǎn)物，其中設(shè)備所使用的電流速度恒頻間距調(diào)節(jié)體系，并且設(shè)備內(nèi)部配置雙饋感應(yīng)電機(jī)使用后，主要表現(xiàn)出設(shè)備的節(jié)約能耗、提高電流輸出質(zhì)量等相關(guān)優(yōu)勢。DFIG系統(tǒng)中主要集合了電力電子變換設(shè)備，因此技術(shù)人員需要在設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，增加多級同步電機(jī)設(shè)備，致使整體發(fā)電設(shè)備系統(tǒng)可以得到有效的優(yōu)化和改善。

3.2 風(fēng)力儲能系統(tǒng)技術(shù)改造

使用風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行電力制造過程中，技術(shù)人員首先需要克服和改善最大的風(fēng)力發(fā)電問題就是風(fēng)力速度以及風(fēng)力方向的不穩(wěn)定，并且需要大范圍內(nèi)提升風(fēng)力能源的應(yīng)用時間，但是由于在實際操作過程中，無法保證風(fēng)力長期處于足夠風(fēng)量情況，因此需要技術(shù)人員在風(fēng)力能源的儲存方面上，積極提升其技術(shù)和整體水平，最終確保風(fēng)力發(fā)電的穩(wěn)定性和安全性?，F(xiàn)階段，我國普遍適用的風(fēng)發(fā)儲存系統(tǒng)和相關(guān)技術(shù)，主要以蓄電池作為主要能源儲存模式，其設(shè)備具備安全流程簡單，風(fēng)力儲存能量效率高等優(yōu)勢和特點。所以目前風(fēng)力發(fā)電行業(yè)中同樣選擇超級導(dǎo)向線圈作為能源儲存的主要方式之一[4]。然而從現(xiàn)有的相關(guān)技術(shù)來看，我國超級導(dǎo)向線圈電能儲存技術(shù)仍然處于初級階段，無法有效的進(jìn)行推廣和應(yīng)用普及。當(dāng)儲能系統(tǒng)和相關(guān)設(shè)備面對風(fēng)力發(fā)電具有隨即突發(fā)事件的特征，將使用不間斷功能的電源方式，從根本上輔助了風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中儲能的重點技術(shù)。加上在實際設(shè)備操作時，不間斷電源儲能模式可以在系統(tǒng)電能斷開的情況下持續(xù)提供電流能量，因此可以有效的幫助發(fā)電系統(tǒng)在電力儲能方面，提升較高的電能儲存效率和總體功能性，特別是對于偏遠(yuǎn)地區(qū)來說，風(fēng)力發(fā)電儲存能量系統(tǒng)起到了重要作用。

3.3 風(fēng)力發(fā)電輸出的實際應(yīng)用

在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備和整體系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，考慮到想要有效的實現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電，需要依靠風(fēng)力產(chǎn)生的自然資源提供動力能量，因此許多風(fēng)力發(fā)電相關(guān)設(shè)備的位置安置相對比較偏遠(yuǎn)。所以，發(fā)電設(shè)備組合、設(shè)備調(diào)整和管理中心以及用戶之間的電力傳輸自身存在一定的問題和不足，根據(jù)我國風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的實際使用情況數(shù)據(jù)，可以得出相關(guān)結(jié)論，現(xiàn)階段我國風(fēng)力發(fā)電的主流技術(shù)仍然存在著許多不足。并且現(xiàn)階段，我國風(fēng)力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)逐漸開始研究高壓模式下的直流輸出電流技術(shù)，也被稱為HVDC技術(shù)，并且通過采用異步聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而產(chǎn)生相對完整的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比例。同時風(fēng)力發(fā)電的輸出技術(shù)對于自然環(huán)境的整體要求并不高，并且通過風(fēng)力產(chǎn)生的電力總量與經(jīng)濟(jì)投入的成本相比較，其性價比較高，在設(shè)備開啟時，其高壓電流的直流輸電模式，在技術(shù)方面上大量的融合先進(jìn)的電力電子技術(shù)，并且依靠IGBT系統(tǒng)晶體管和GTO可關(guān)斷晶閘管道等方面，對可關(guān)斷設(shè)備零件起到了積極的作用。除此之外，PWM系統(tǒng)等相關(guān)的電子技術(shù)的實際應(yīng)用，也致使風(fēng)力發(fā)電的電流輸電模式相繼出現(xiàn)成本低投入，產(chǎn)品高質(zhì)量情況，此種技術(shù)的發(fā)展和普及，無疑將更完善風(fēng)力發(fā)電技術(shù)全面推進(jìn)，并且將設(shè)備的高壓直流輸電技術(shù)進(jìn)行全面普及，最大限度的降低了故障發(fā)生的概率。

4 結(jié)束語

由此可見，風(fēng)力能源是目前我國主要開發(fā)和利用的新能源之一，而風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)自身具備十分寬廣的范圍和方向。隨著新能源電力電子技術(shù)的全面發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)體系中，無論是設(shè)備結(jié)構(gòu)還是技術(shù)要求都取得了較高的成就，同時在科技發(fā)展的未來時代，風(fēng)力發(fā)電的整體效率和質(zhì)量將不斷被提高，電力所轉(zhuǎn)變的整體質(zhì)量也將持續(xù)被提升，隨之而來的是風(fēng)力發(fā)電的整體成本會最大限度的降低，除此之外，風(fēng)力發(fā)電對于我國開展保護(hù)環(huán)境、美化社會生活方面上，也起到了十分積極的實際作用。

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作者簡介

崔青恒（1973一），男，山東省德州市人。天津工程師范學(xué)院本科學(xué)歷，德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子與新能源技術(shù)工程系講師。研究方向為應(yīng)用電子技術(shù)。