新能源時代電力電子技術在風力發(fā)電中的應用探索

高軍

摘 ? ?要：全球經(jīng)濟的快速發(fā)展使人們更加意識到保護和合理使用傳統(tǒng)能源。新能源已成為現(xiàn)代社會發(fā)展的焦點。風能是一種非常重要的新能源，具有無限的發(fā)展?jié)摿?。目前，如何提高風力發(fā)電效率仍是人們探索和研究的重點。本文主要論述了電力電子技術在風力發(fā)電中的應用。

關鍵詞：新能源時代;電力電子技術;風力發(fā)電;應用

1 ?引言

目前，在我國經(jīng)濟快速發(fā)展的背后隱藏著許多問題。隨著電力需求的不斷增加，傳統(tǒng)的煤炭、天然氣等能源消耗也在增加。與此同時，火電廠、火電廠和核電廠的污染物排放也顯著增加。如今，日益嚴重的霧霾現(xiàn)象與此無關。在人們對能源需求增加的同時，環(huán)境治理水平也在提高。要求。面對這種形勢，風能和太陽能已成為目前比較樂觀的新能源。對于風能而言，其低污染、低破壞、可再生和可回收的特性使風能發(fā)電具有無限的潛力。風力發(fā)電是改善當今能源短缺和污染嚴重的形勢的重要途徑。電力電子技術廣泛應用于風力發(fā)電中，這增加了對設備、控制和電力傳輸?shù)囊?。這是風力發(fā)電普及的重要保證。

2 ?簡述電力電子技術以及微電網(wǎng)內容

電力電子技術：電力電子技術作為當前能源技術的重要發(fā)展方向，具有能源利用效率高，對周邊環(huán)境影響較小，充分發(fā)揮良好的經(jīng)濟效益，提高能源供應的穩(wěn)定性等特點。對于資源有限、人口眾多的國家來說，充分發(fā)揮電力電子技術的優(yōu)勢和作用，有利于促進社會的可持續(xù)發(fā)展。微型智能電網(wǎng)"：通過集成電力電子設備，微型智能電網(wǎng)"通常指一組負載的有效組合和微功率源，形成一個系統(tǒng)或小幾何，和相應的連接通過分銷網(wǎng)絡，唯一共同耦合點不僅可以獨立操作，同時聯(lián)合行動。微電網(wǎng)中的微電源連接配電網(wǎng)和電力電子開關，可靈活控制。

3 ?風力發(fā)電系統(tǒng)中的電力電子器件

常見的風力發(fā)電系統(tǒng)中的電力電子器件，主要有以下幾種。

3.1 ?絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）

IGBT模塊是風力發(fā)電的主要模塊。它由雙極晶體管BJT和絕緣柵場效應晶體管MOS組成。它屬于一種復合材料全控電壓驅動功率半導體器件。由于它是一種復合器件，具有高輸入阻抗和低通壓降的優(yōu)點。IGBT可以借助電壓源轉換器實現(xiàn)電流關斷，實現(xiàn)脈寬調制的無源逆變。因此，它有助于在沒有交流電源的情況下定位負載點，并直接從直流終端傳輸電力。當然，風力發(fā)電過程中經(jīng)常受到不可控風速的影響，風向和風穩(wěn)定性差。這可能會導致風電IGBT模塊溫度異常，導致不同芯片與銅基板之間出現(xiàn)接觸點，導致銅基板與基板之間發(fā)生焊接。承受周期性大庫存的熱效應，并伴隨著機械應力的存在?，F(xiàn)階段風力發(fā)電IGBT模塊多采用基于正弦脈寬調制技術的逆變器，通過控制開發(fā)波形實現(xiàn)輸出電流控制。當初始角度改變時，逆變器開始向電網(wǎng)輸送能量，大大提高了諧波系數(shù)或畸變系數(shù)。

3.2 ?交-直-交變頻器

該裝置主要存在于風力發(fā)電的變速恒頻系統(tǒng)中，通過改變頻率將發(fā)電機想要完成的電網(wǎng)能量轉移。AC-DC-AC變頻器通過技術改造，解決了AC-AC變頻器原有的輸出電壓諧波多、輸入功率因數(shù)低、功率元件應用大等問題。隨著技術的進步，AC-DC-AC變頻可以實現(xiàn)控制策略，可以有效地完成電流在導體中的雙向運動。該技術不僅可以應用于變速恒頻雙饋電機風力發(fā)電系統(tǒng)，還可以應用于無刷雙饋電機風力發(fā)電系統(tǒng)。在這個階段，一些海域的大型風電場也配備了大量的電力電子變頻技術。通過控制各種有功和無功動作，可以實現(xiàn)所有風力機的智能換擋，綜合利用不穩(wěn)定的風能，持續(xù)降低機組和風電功率。機械應力和噪音，如產(chǎn)生風扇葉片。

3.3 ?矩陣式變換器（MC）

作為一種新型的交流-交流功率變換器，它可以實現(xiàn)交流相位、相位、幅值、頻率等各種參數(shù)的轉換，使得風力發(fā)電的應用前景更加廣闊。矩陣變換器除去中間直流儲能部分，在四象限運行時產(chǎn)生良好的輸入電流波形和輸出電壓波形。由于可以在多個電流參數(shù)下進行調節(jié)，可以更好地干預風力發(fā)電系統(tǒng)，實現(xiàn)變速恒頻控制，通過捕獲最大風能提高發(fā)電效率。

4 ?電力電子技術在風力發(fā)電中具體應用途徑分析

4.1 ?風力發(fā)電機改造使用

在風力發(fā)電系統(tǒng)中，發(fā)電機作為重要的組成部分，加強電力電子技術在風力發(fā)電系統(tǒng)中的創(chuàng)新應用十分必要。具體而言，即采用變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)，在小風力發(fā)電系統(tǒng)內部形成雙饋異步電動機。在此運行機制的形成下，可以促進發(fā)電機的節(jié)能，提高運輸質量。此外，變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)同時采用多臺多電平同步發(fā)電機，可以促進發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化利用。

4.2 ?風力儲能系統(tǒng)改造使用

實際上，由于風力發(fā)電系統(tǒng)的特殊性，需要在實際風力發(fā)電系統(tǒng)運行過程中保證發(fā)電的穩(wěn)定性，從而提高風能在單位時間內的運行效率。為了有效地滿足這一要求，需要為風力發(fā)電系統(tǒng)提供穩(wěn)定的動能。然后，經(jīng)過創(chuàng)新研究，發(fā)現(xiàn)使用不間斷電源方式可以在不間斷電源結構的組合下實現(xiàn)組合調整，并與脈寬調制技術和絕緣柵雙極晶體管相結合使用。該系統(tǒng)可為偏遠地區(qū)的風力發(fā)電系統(tǒng)提供不間斷的動能儲備。

4.3 ?風力發(fā)電輸電系統(tǒng)改造使用

由于風力發(fā)電系統(tǒng)一般安裝在相對偏遠的地區(qū)，如何從偏遠地區(qū)輸出電流成為一個問題。在這個系統(tǒng)中，風能傳輸系統(tǒng)的有效利用成為必然。在新能源時代，風電輸電系統(tǒng)的改造和利用具有十分必要的實用價值。目前，風發(fā)現(xiàn)行業(yè)正在創(chuàng)新、開發(fā)和應用高壓直流輸電技術。在長期應用中發(fā)現(xiàn)，該技術不僅實際投資成本低，而且傳輸效率高，整體性價比很高。高壓直流傳輸技術集成了各類電流電力電子技術，可以促進IGBT晶體管和GTO關斷晶閘管等元件的充分發(fā)揮。經(jīng)過PWM的創(chuàng)新使用，可以發(fā)現(xiàn)整個直流傳輸?shù)男侍岣吡撕芏?。總的來說，采用這種傳輸技術使整個管理更加穩(wěn)定具有實際必要的現(xiàn)實意義。

4.4 ?風力發(fā)電濾波、補償?shù)碾娏﹄娮蛹夹g應用

風電機組易受配電網(wǎng)諧波污染、供電波動、閃變等影響，不可避免地需要進行濾波和補償處理。目前，濾波和補償技術主要有靜態(tài)無功補償和有源電力濾波器兩種。靜態(tài)無功補償器SVF在業(yè)內屬于國際先進技術。放棄使用大容量電容和電感，主要使用電力電子設備提供的高頻開關來完成無功補償。SVF技術適用于中高壓動態(tài)電力系統(tǒng)的無功補償。在實際應用中，可以快速跟蹤負荷變化并進行無功補償，改善風力發(fā)電中較為明顯的電壓波動，提高不穩(wěn)定的電能質量。有源電力濾波器APF的工作原理是選擇電力電子設備中的截止元件，遵循坐標變換的原理，完成瞬時無功控制，主動補償被測對象的電流和電壓。APF會改變負載所需的電源模式，關閉系統(tǒng)電源，并切換到電源控制器產(chǎn)生電流。與普通的靜態(tài)動態(tài)無功功率補償裝置相比，有源濾波器具有更突出的優(yōu)點，響應速度快，補償率高，能有效地濾除較高的諧波，實現(xiàn)功率因數(shù)的完全補償。

5 ?結束語

總之，風能是目前世界上正在開發(fā)和應用的新能源。風力發(fā)電具有很好的應用前景。隨著電力電子技術的發(fā)展，風力發(fā)電系統(tǒng)的許多環(huán)節(jié)都會得到更好的發(fā)展。未來，風力發(fā)電效率將持續(xù)提高，電能轉換質量將持續(xù)改善，風力發(fā)電成本將相應降低。風電將在促進經(jīng)濟建設、改善環(huán)境、美化生活等方面發(fā)揮積極作用。

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