风机发电机中电力电子技术应用

来源:用户上传      作者:罗永强

　　摘 要：风力发电作为典型的清洁可再生能源发电方式之一，经过长期以来的发展其技术逐步走向成熟，风力发电具有成本低、对环境影响较小的特点，因此具有极大的开发价值，在推动能源结构调整、环境保护和可持续发展等方面都发挥着十分重要的作用。电力电子技术目前的应用十分广泛，通过电力电子技术能够实现非电能和电能之间的转换，因此对风机发电机中电力电子技术的应用展开研究具有极强的现实意义。
　　关键词：风机发电机;电力电子技术;应用
　　在风力发电系统之中，要想提高电能的质量以及保证电力输送的稳定性和可靠性，对风机发电机中的设备有着较高的要求，而电力电子技术相对于其他传统技术具备较多优势，能够有效解决风力发电系统中存在的一些問题。
　　1 电力电子技术概述
　　电力电子技术主要是对电力领域中一系列电子技术的总称，具体来说即是一种能够通过电力电子器件实现电能转换和操控的现代技术，电路、装置及其他相关器件是电力电子技术的核心部分，其中，电路的理论基础来源于电子学，半导体是电力电子器件的最根本材料。
　　电力电子技术诞生的标志是1957年美国通用电气公司研制出的首个晶闸管问世。电力电子技术的基本功能囊括了整流、逆流、斩波、变频、变相等。电力电子技术之所以能够得到广泛应用，是因为其能够满足不同用电装置的不同续期，利用电网的工频电能，电力电子技术能够转换出不同性质和用途的电能。电力电子技术的发展也推动了人们对电能利用方式和利用观念的转变，甚至可以说，电力电子技术是衡量一个国家工业发展水平的重要标志之一。
　　2 风机发电集中电力电子技术的具体应用
　　2.1 IGBT器件
　　IGBT即绝缘栅双极型晶体管，IGBT主要由三个电极构成，包括了集电极、发射极和栅极，IGBT属场控器件，是一种由栅极电压UGE控制集电极电流的栅控自关断器件。IGBT器件的具体工作原理是，当UGE>开启电压UGE（th）时，IGBT导通，通过电导调制效应来使得通态压降小，IGBT关断的原理是当栅射极间施加反压或者不加信号时，IGBT关断。
　　在风机发电机中，IGBT是实现能源转换和传输的核心器件之一，IGBT的应用关键在于对系统功率的控制。IGBT的作用主要体现在两方面，一方面是利用IGBT能够有效切断电流;另一方面是可以通过PWM技术实现无源逆变，通过直流输电把电力输送给无交流电源的相关负荷点。但由于在风力风电的过程中，风速并不会一直维持在一个稳定状态，因此很难实现对IGBT模块温度的稳定调控，无论是温度过高还是温度过低都会导致芯片和铜底片、铜底片和基板在焊接时承受较高的周期性负荷。
　　面对IGBT在实际应用中存在的这一现象，IGBT之中的SPWN逆变器得到了广泛应用，其工作原理是通过对开关波形的控制来实现对输出电流的控制，此外，通过对初始角度调节，能够使得逆变器将功率因素转换为1，以这种形式来完成对电网能源的输送，能够对系统功率起到优化作用。
　　2.2 交直交变频器
　　风力发电的一个显著特征是便利恒频，具体是指通过对变频装置合理高效的利用来促使其向电能的转化，并且能够完成和电网之间的能量传递。然而在实际的应用中，会出现侧功率低、电压谐波较多的问题，为了提高交直交变频器的应用效果，应该优化系统，实现双向交流，尤其是应该更加科学地运用无刷双馈电机和变速恒频系统。此外，如果在海上风电场的发电系统之中，还能够通过电力电子变频器实现对有功和无功控制的稳定维持，进而保证在最低的机械应力和噪音条件下得到最高的风能。
　　2.3 矩阵变换器
　　矩阵变换器是电力电子技术中拥有十分广泛应用空间的器件，通过矩阵变换器能够促进交流电中相关参数的合理转换，并且能够实现对风力发电系统中相关电压和调节频率的科学控制，最终实现对变频恒频的有效控制，最大化地捕获到风能。
　　3 电力电子技术在风机发电机中的应用实践
　　3.1 对风力发电系统进行改造
　　在传统风机发电机中，主动失速或失速风机发电机的关键运行方式，但这种运行方式存在着输出功率的稳定性和可靠性较差的问题，而电力电子技术的应用则实现了对风机发电机系统的优化。比如，变速恒频风力发电机系统的应用，该系统中的变速恒频变桨距调节能够在双馈感应电机被配置在内部的情况下，提高整体的输电质量，同时降低能耗。
　　3.2 对储能的优化
　　在风力发电系统中，如何解决风向和风速的不稳定性，是提高风力发电系统效率的重要课题，面对这一问题，可以通过强化对风能有效存储的方式来提高发电和供电的稳定性。目前较为通用的储能方式是使用蓄电池，蓄电池的优势在于能够较快地进行储能，且蓄电池的安装过程也较为简单。此外，通过超导线圈也能够实现对风能的储存，但就现有技术条件而言，该技术尚且不够成熟，还无法实现普遍应用。
　　3.3 风力发电滤波和补偿的应用
　　风机发电机组在运行时有时会出现闪变、电源波动和配电网络谐波的问题，为了尽可能避免这些问题对风力发电系统的干扰，就需要进行相应的补偿和滤波处理。现阶段最常用的两种滤波补偿技术分别是有源电力滤波器和静止无功补偿器，其中，有源电力滤波器的核心工作原理是通过电力电子器件中的相关可关断组件，按照坐标变换的原理实现瞬时无功的有效控制，最终达到补偿的目的。而静止无功补偿器是当下一种较为先进的技术，利用该技术能够改善明显的电压波动，推动电能整体质量的提高。
　　4 结语
　　风力发电是具有广阔开发前景的新能源发电方式之一，而不断发展成熟的电力电子技术在风机发电机中的应用，能够提高风力发电的效率，保证电力变化的质量，甚至在一定程度上实现对发电成本的控制，因此必须积极开展对风机发电机中电力电子技术应用的探讨，提高应用的质量和水平。
　　参考文献：
　　[1]姚丙义.一种风力发电机组冷却风机隔振器的选型设计[J].现代商贸工业，2019，（13）：185-187.
　　[2]李先法.探究风力发电中的电力电子技术和控制技术[J].大科技，2016，（18）：42.
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