趙星皓

【摘要】風(fēng)力發(fā)電屬于新能源，并且開(kāi)發(fā)潛力巨大，商業(yè)化價(jià)值高，與此相對(duì)的開(kāi)發(fā)條件也比其他新能源要好，因而風(fēng)力發(fā)電受到了國(guó)家和社會(huì)各方的重點(diǎn)關(guān)注。風(fēng)力發(fā)電漸漸得到大范圍推廣，隨著需求的擴(kuò)大，社會(huì)對(duì)風(fēng)力發(fā)電的效率及質(zhì)量等方面的要求也比以前高了許多。目前，在已知的實(shí)現(xiàn)手段中，電力電子技術(shù)是最有效的。接下來(lái)，本文將以風(fēng)力發(fā)電中電力電子技術(shù)的應(yīng)用為中心點(diǎn)展開(kāi)闡述。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)力發(fā)電 電力電子技術(shù)

引言

隨著能源短缺的危機(jī)越來(lái)越嚴(yán)重，環(huán)境污染問(wèn)題也日益惡化，我國(guó)加快了開(kāi)發(fā)、利用新能源的進(jìn)程。在名目眾多的新能源中，風(fēng)力發(fā)電是最被看好的一種，由于它開(kāi)發(fā)條件好，又具有很廣闊的開(kāi)發(fā)價(jià)值，因而備受關(guān)注。在風(fēng)力發(fā)電中應(yīng)用電力電子技術(shù)，可以大大改善風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行情況，這種技術(shù)將會(huì)在未來(lái)發(fā)揮更大的作用。

一、我國(guó)風(fēng)力發(fā)電的現(xiàn)狀及應(yīng)用電力電子技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

從總體情況來(lái)說(shuō)，我國(guó)的風(fēng)里發(fā)電產(chǎn)業(yè)還是處在高度發(fā)展的狀態(tài)的。我國(guó)的風(fēng)里發(fā)電從誕生至今，也已有五六十個(gè)年頭了，在產(chǎn)生之初，風(fēng)力發(fā)電的規(guī)模還是比較小的，后面由于各種原因而陷入了停滯狀態(tài)。后來(lái)，資源危機(jī)的發(fā)生，客觀上推動(dòng)了我國(guó)對(duì)風(fēng)力發(fā)電的研究，在這一方面，國(guó)家也給予了大力支持，但是此時(shí)的發(fā)電規(guī)模仍然不夠大。進(jìn)入21世紀(jì)后，情況得到了很大改善，風(fēng)力發(fā)電的規(guī)模不斷擴(kuò)大。資源短缺是世界性的，這一狀態(tài)的延續(xù)會(huì)讓風(fēng)力發(fā)電受到更多的關(guān)注。隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)、現(xiàn)代變頻調(diào)速技術(shù)的不斷發(fā)展，它們也將更加廣泛地應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電中。通過(guò)對(duì)電力電子技術(shù)的運(yùn)用，風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行特性可以得到改善，通過(guò)相關(guān)控制，風(fēng)電系統(tǒng)內(nèi)的頻率會(huì)更加穩(wěn)定，電壓也將得到更好地控制。此外，對(duì)于較大型的風(fēng)電場(chǎng)來(lái)說(shuō)，風(fēng)力發(fā)電的成本也可以得到有效降低。

二、電力電子技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電中的應(yīng)用

風(fēng)力發(fā)電是目前除水力發(fā)電之外的技術(shù)比較成熟、利用價(jià)值比較高的發(fā)電方式。風(fēng)能本身并無(wú)法儲(chǔ)存能源，在這一點(diǎn)上，電力電子技術(shù)起到了關(guān)鍵作用，它將風(fēng)能順利轉(zhuǎn)發(fā)為電能，再進(jìn)一步輸送到電網(wǎng)中?，F(xiàn)實(shí)中，應(yīng)用在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的電力電子技術(shù)主要是變速、恒速恒頻發(fā)電以及風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)。

1、風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)。將風(fēng)電進(jìn)行并網(wǎng)運(yùn)行，是目前比較可靠，也比較穩(wěn)定可行的一種方法，因此風(fēng)電進(jìn)行并網(wǎng)運(yùn)行的方法被越來(lái)越多的風(fēng)電場(chǎng)接受，已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。這種技術(shù)其實(shí)離不開(kāi)電力電子技術(shù)，風(fēng)電場(chǎng)可以選擇與電網(wǎng)之間相連，也可以選擇通過(guò)電子變換器來(lái)與電網(wǎng)進(jìn)行連接。若選擇直接與電網(wǎng)相連接，為了防止連接過(guò)程中較大沖擊電流的出現(xiàn)，風(fēng)電場(chǎng)往往會(huì)配置軟并網(wǎng)裝置。在風(fēng)力發(fā)電機(jī)的選擇上，目前通常采用變速同步發(fā)電機(jī)或是變速雙饋異步發(fā)電機(jī)。由于這些設(shè)備自身的特點(diǎn)以及接入時(shí)的技術(shù)要求，電力電子技術(shù)成為不可或缺的因素。

2、恒速恒頻發(fā)電和變速恒頻發(fā)電。在整個(gè)風(fēng)力發(fā)電的過(guò)程中，發(fā)電機(jī)是至關(guān)重要的一部分；而在能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，發(fā)電機(jī)又處在核心環(huán)節(jié)。按照發(fā)電機(jī)運(yùn)行但方式的不同，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)可以劃分為恒速、變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。若采用的是并聯(lián)的電路連接方式，則風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)出頻率必須要保持穩(wěn)定。

1、恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)下，風(fēng)電場(chǎng)一般會(huì)采用普通異步發(fā)電機(jī)，這種機(jī)組在國(guó)外有一個(gè)通用的名字----丹麥概念機(jī)組。這種機(jī)組的特性就是它在運(yùn)行時(shí)，若達(dá)到某種狀態(tài)，則會(huì)呈現(xiàn)轉(zhuǎn)差率為負(fù)值的現(xiàn)象。當(dāng)處在發(fā)電機(jī)狀態(tài)，電機(jī)的轉(zhuǎn)差率變動(dòng)將保持在一個(gè)很小的范圍。當(dāng)風(fēng)速開(kāi)始變化時(shí)，這時(shí)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速基本上是不會(huì)變化的，這也是該機(jī)組的名稱由來(lái)。這種機(jī)組極少采用變化器（主要由電子電力器件構(gòu)成），除了上述特點(diǎn)外，該機(jī)組還有其他一些特點(diǎn)：首先，它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是一種比較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，能夠很好地適合野外環(huán)境；其次，機(jī)組在工作時(shí)無(wú)法控制電壓，不利于系統(tǒng)穩(wěn)定，一旦發(fā)生故障也不易修復(fù)；另外，由于機(jī)組的工作特性，對(duì)于零部件的堅(jiān)固性要求較高。

2、變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)。這種發(fā)電系統(tǒng)可以使機(jī)組在保持高轉(zhuǎn)速的情況下依舊穩(wěn)定運(yùn)行，這種工作原理也逐漸成為一種流行趨勢(shì)。這種機(jī)組主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：首先，由于它采用的是電力電子變頻器，因此它的結(jié)構(gòu)要比其他機(jī)組復(fù)雜；其次，通過(guò)追蹤最大功率，該機(jī)組可以保存高速、穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)，因此發(fā)電效率很高；另外，風(fēng)輪機(jī)的緩沖作用使得機(jī)組的輸出功率不會(huì)有太大的變化；還有，風(fēng)輪機(jī)的轉(zhuǎn)速可以很好地適應(yīng)風(fēng)速變化，因而巧妙地減少了脈沖幅度和機(jī)械應(yīng)力，這樣一來(lái)，機(jī)械的強(qiáng)度要求也就變低了；最后，通過(guò)實(shí)施一定的控制策略，可以更好地保障電網(wǎng)的安全。

3、兩種變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)。變速恒頻系統(tǒng)又可以細(xì)分為同步與異步的風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)由電勵(lì)磁、永磁同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成；異步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)則主要是指繞線轉(zhuǎn)子異步發(fā)電機(jī)。同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的特征主要有以下幾點(diǎn)：首先，所有被發(fā)出的電動(dòng)率都需經(jīng)過(guò)變換器，因而對(duì)變換器的要求很高，投資多、損耗大；其次，可以使用永磁發(fā)電機(jī)。永磁發(fā)電機(jī)以永久磁鐵替代了轉(zhuǎn)子勵(lì)磁，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的同時(shí)也比較堅(jiān)固，因此這種電機(jī)比較輕便，發(fā)電效率也較高，可以直接驅(qū)動(dòng)，直接省去了變速箱這個(gè)部件，不僅簡(jiǎn)化了步驟，提高了效率，還大大節(jié)約了成本；最后，對(duì)于轉(zhuǎn)換器為單象限的，該發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。該系統(tǒng)中的定子繞組會(huì)直接連接電網(wǎng)，它能夠有效地調(diào)節(jié)電流頻率，將流經(jīng)變頻器的電流頻率控制在轉(zhuǎn)差功率的范圍，因此這種系統(tǒng)也就擁有了在同類發(fā)電系統(tǒng)中最高的發(fā)電效率，不得不說(shuō)這一點(diǎn)是其他傳動(dòng)系統(tǒng)所不能比擬的。

結(jié)語(yǔ)

前文介紹了許多風(fēng)力發(fā)電技術(shù)以及發(fā)電系統(tǒng)，但也只是簡(jiǎn)單闡述，真正具體而深入的知識(shí)并未被筆者完全呈現(xiàn)。綜上可見(jiàn)，電力電子技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電中起著關(guān)鍵作用，會(huì)直接影響到風(fēng)力發(fā)電將來(lái)的發(fā)展道路，若應(yīng)用得當(dāng)，將大大節(jié)約風(fēng)力發(fā)電的成本，為新能源市場(chǎng)貢獻(xiàn)更大的力量。

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