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1電力電子器件在風力發電領域中的應用介紹

1.1IGBT。作為風力發電中最為重要的功率器件之一，IGBC的電壓源流器具備著關斷電流的主要作用，通過采用PWM技術來實現無源逆變，這對于直流輸電向無交流電源的負荷點送電具有重要作用，但是由于風力發電過程中風速并不穩定，因此在風力發電的過程中IGBT模塊的溫度始終無法得到一個統一的調控，過高或過低的溫度都會導致芯片與銅底片之間或者銅底片與基板之間焊接部分所承受的周期性負荷過高。針對這些問題，目前大力推廣IGBC的“H”型SPWM逆變器應用于風力發電中，其原理是通過控制其開關波形，對輸出的電流進行控制，并且改變初始角度來促使逆變器以功率因素為一的方式對電網輸送能源，這對于畸變因素有著良好的改進作用。1.2交直交變頻器。變頻裝置系統主要作用在于變頻恒頻風力發電系統中起到一個能量傳遞的作用，其中交直交變頻器能有有效克制交變頻器的輸出電壓諧波多問題，針對輸入測功率因數低以及功率元件數量過多等問題，起到一個控制策略的實現作用，其主要適用于變速恒頻雙饋電機風力發電系統以及無刷雙饋電機風力發電系統。并且在海上風電場采用電力電子變頻器還可以針對有功與無功的控制實現一個穩定維持，使其以最低的機械應力與噪音獲取最高的風能。1.3矩陣變換器。矩陣變換器一直是電力電子技術研究的熱門之一，在整個風力發電系統中有著較為開闊的發展前景，并且作為新型的交電源編花器，其對于交流電主參數的變換可以實現系統發方面的多角度實現，并且相對于風力發電系統中以往的變換器，其功能更加強大，可以通過調節輸出頻率，電流以及電壓等對變速恒頻實現控制，并且可以最大化的實現風能捕獲，與有功功率與無功功率的解耦控制。

2電力電子技術在風力發電中的應用研究

目前，隨著清潔環保資源的不斷研究與發展，除了水力發電以外，風力發電占據了全球可再生能源發展與研究的重要地位，并且風力發電是目前能夠具備大規模商業開發價值以及技術較為成熟的一種新能源。2.1風電并網技術應用。風電并網技術具備著良好的穩定性與可靠性，其是目前電子電力技術在風力發電研究中主趨勢之一，風電并網的運行與電力電子應用技術的研究有著十分緊密的聯系，主要有以下兩種方式：方式一直接與電網相連；方式二借助電力電子器件所組成的變換器實現與電網相連。首先，直接與電網相連接，可以在消耗與克制異步發電機并網瞬間所產生的強大沖擊流，在配有軟并網裝置的發電裝置上，通過在異步發電機定子與電網之間所嵌入的雙向晶閘管，實現并網后由一個接觸器來操作動合觸頭實現短接。目前我國采用最多的就是變速雙饋異步發電機與變速同步發電機進行風力發電研究，由于其結構特征與技術要求都十分高，勢必需要電力電子技術的支撐與改進。2.2變速恒頻發電系統在風力發電中的應用。風力發電最大劣勢就是不穩定，其穩定效果較差，目前我國風電并網較為常用的是異步店里發電機組運行模式，該運行模式主要應用的是風電并網技術，而風電并網技術最大的劣勢就是不穩定性，并且不易被控制，因此風力變化屬于自然因素，其自然因素具有不可抗力，風速與風向都無法實現人為控制，即使在未來科學技術發展到一定程度風速與風向可以實現人為操作，但是成本也會務必巨大，因此，在短時間內要想即采用風力發電還要改善這一不穩定因素所導致的種種問題，那么采用變速恒頻發電系統這一技術就十分重要，即使在風速與風力都不可逆的時候，風力與風速發生了巨大的變化，采用這一技術也可以穩定輸出功率的頻率，減少不必要的損失。如圖1所示。但是就目前的研究技術而言，還存在很多難題亟待攻克，像是并網問題以及風機控制等方面的系統操作都對風力發電的未來發展有著一定的阻礙，要想更進一步的實現風力發電的最大值效益化，那么采用更加先進的電力電子技術與風力發電系統的融合十分重要。2.3恒速恒頻發電系統在風力發電中的應用。恒速恒頻系統所采用的是普通異步發電機，其主要是超同步狀態運行，并且我們常見的這一類風力機主要有三個葉片，在北方一些高山發電區域極為常見，其主軸系統通過高速軸與低速軸的齒輪箱相聯系而運轉。目前在我國恒速恒頻風電機組應用的較為普遍，該風電機組一般情況下不適用電力電子期間，主要應用可控硅來對電阻中的電流的速度進行調整，該風電機組雖然在國內應用交廣，但是也存在很明顯的弊病，由于該風電機組采用的是三葉式槳葉發電模式，等風速達到一定程度，假若風速達到最高值，那么槳葉運轉速度也會達到最高值，此時就會產生較高的機械應力，這時候風電機組的主軸，齒輪箱與發電機都會由于速度過快而產生磨損，這對整個發電系統都是一種不可避免的損耗，此外恒速恒頻風電機組發電系統在運轉的過程中，即使是正常運轉對于電壓始終都無法提供支持，假設出現電網故障，那么將是全面癱瘓，這一直都是使用恒速恒頻發電系統較為嚴峻的難題之一，同時也作為普通異步電機的典型問題代表。

3電力電子技術在風力發電中的應用展望

首先風力發電的發展一直備受全球關注，并且作為全球可循環清潔環保資源其技術研究也在不斷加強，而要想風力發電發揮更大的效益與作用，那么結合現代科學的電力電子技術勢在必行，首先要解決目前所存在的問題，例如并網過程中由于風速與風力不穩定所導致的電流過大對發電裝置造成的磨損問題等，針對這些問題制作有效地應急方案跟處置方案，其次，風電機組如何實現固定風速運轉也是一直在攻克的難題之一，采用永磁多極同步發電機組所產生的交流電通過整流器轉變為直流電，雖然經過一定的技術改造進入了電網，減少了并網過程中的大量電流沖擊，但是系統穩定性還需要進一步加強。如何進一步提高我國電力電子技術在風電發電系統中的應用還有很長的一段路要走。

4結論

本文主要針對風力發電中的主要電力電子器件進行一個簡單的介紹，隨后針對電力電子技術在風力發電領域中的應用進行分析，本文還存在許多不足之處以及有待于進一步提高之處，還需要更多的技術支持。目前，風力發電系統中的控制算法已經大量應用于風力發電電力技術當中，其變槳距控制以及最優功率控制策略等已經逐漸成為目前電力電子技術的研究主方向之一。

參考文獻

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[4]何東升,劉永強.直驅式永磁風力發電機軟并網與功率調節的控制集成[C].新能源發電中控制及電力電子技術研討會,2007.

作者:朱希華 單位:北方國際合作股份有限公司