电力电子技术在风力发电中的实践运行探讨

辛龙彪

(龙源电力集团安徽新能源发展有限公司,安徽 合肥 230031)

电力电子技术在风力发电中的实践运行探讨

辛龙彪

(龙源电力集团安徽新能源发展有限公司,安徽 合肥 230031)

风力发电作为绿色清洁可再生能源的主要代表,其技术成熟、成本低廉、对环境影响小,且最具开发价值,在有效改善能源结构、保护生态环境、促进经济可持续发展等方面具有重要意义.然而,风力发电系统的有效建立应保证电能的优质性以及输送的稳定性,在设备使用上的整体要求也很高.其中,电力电子技术与之前的技术对比而言,优势很多,对风力发电系统存在的问题能有效解决.基于此,对电力电子技术在风力发电中的实践应用进行了详细分析与探究.

电力电子技术;风力发电;电力领域;电力装置

1 电力电子技术概述

电力电子技术,即在电力领域中一系列电子技术的总称,具体而言,则是通过电子电力装置的有效运用来变换及控制电力系统电能的一项技术.此技术所产生的标志则在于首个晶闸管的成功研制.其中,电路、装置及相关器件是电力电子技术的核心内容,而电力电子器件的最根本的材料是半导体,其电路的理论基础为电子学,电力电子系统的主要组成包含电路及相关器件.在我国工业的发展过程中,其应用电力电子技术很广泛,特别针对电力领域,在一定程度上推动了电力事业的不断进步.

2 风力发电系统使用的电力电子器件

2.1 IGBT

IGBT关键在于控制系统功率,是一种功率器件,一方面能够对电流进行有效切断;另一方面,则可采取PWM技术来实施无源逆变,能够利用直流输电将电力输送给无交流电源的相关负荷点,然而,由于风力发电的稳定性不够强,导致IGBT运行的过程中产生了一定的波动,使铜片和基板、铜片和芯片在进行焊接时承受了相当大的热量-机械应力.因此,依照此特性,IGBT的SPWN逆变器在市场中得到了大力推广.实际运行中,由开关波形的有效控制,确保了电力输出的有效性及稳定性,另外,会对刚开始使用的角度进行改变,将功率因数换为1,有效改善了系统功率.

2.2 交直交变频器

便利恒频是风力发电系统的一大特性,通过变频装置的有效利用将其转化为电能,并于电网进行能量的有效传递,然而,常存在侧功率低、电压谐波较多的现象.因此,为了有效改善此状况,应合理运用交直交变频器,对系统进行优化控制,保证双向交流,特别是无刷双馈电机及变速恒频系统的合理使用.

2.3 矩阵变换器

在电力电子技术的研究上,矩阵变换器的使用是很关键的,并有着非常广泛的运用空间.这种电源变换器是很崭新的,能够对交流电中的相关参数进行有效转换.另外,针对之前风力发电系统中转换器的使用,能够对相关的电压及调节频率进行合理控制,进而更好地控制变频恒频,使风能得到有效控制.

3 在风力发电系统中的实践应用

3.1 风力发电系统的改造

最初,风力发电系统在运行的过程中,其发电机的核心运行方式是主动失速或失速.此方式的输出功率不具备足够的优越性及稳定性,所以,随着新型应用方式的不断变化,此方式已逐渐被淘汰.目前,电力电子技术得到了快速发展,其发电机系统也在不断地更新及完善,而发电机系统的主要运行方式及运行原理也在逐渐地优化中.其中,电力电子技术中一项有效的应用产物则是变速恒频风力发电机系统,它的DFIG(变速恒频变桨距调节系统)在将双馈感应电机配置于内部后,能够将输电的整体质量有效提高,也能将能耗降低.

3.2 风力发电系统储能的改造

风向风速的不稳定性是风力发电系统应解决的主要问题.在风能大范围提升的阶段不能够有效保证风量,这种背景之下,应不断改革及创新相关的技术来加强风能的有效储存,在一定程度上确保发电、供电的稳定.当前,蓄电池是国际上风力发电储能系统的基本方式,具备一定的优势,即储能速率较快,安装便利;另一方面,在风能的储存方面,超导线圈储能也是一种有效的方式,而从当下技术背景来分析,此技术不够成熟,进而不能广泛进行普及与推广.

3.3 风力发电输电的技术应用

在风力发电上,其动能提供的主要来源是风力资源,在设置发电机组的过程中,其多数处于偏远区域,所以,就造成用户、调度中心及发电机组这几个方面存在一定的问题.而当下比较明显的当属主流的交流输送方式.当前背景下,相关的风力发电企业正致力于HVDC技术的研究及推广,也就是高压直流输电,此技术将一系列的电力电子技术进行了有效融合,以可关断器件的有效运用来发挥其最佳效应,即GTO可关断晶闸管、IGBT晶体管等.同时,以异步联网的运用来保证结构比的优越性,在环境的整体要求上也较低,成本投入及发电产量的整体性价比也相当高.另一方面,有效运用PWM等电子技术,进而在一定程度上保证了直流输电的高质量、低成本,将更好地促进HVDC技术的普及及推广.其中,灵活交流输电系统(FACTS)也是风力发电输电技术的一种,此技术确保了现代控制技术和电力电子技术的密切结合,能够对相关的系统参数进行有效控制,全面提升整个系统的稳定性及输电能力.

3.4 风力发电滤波、补偿的应用

风力发电机组在其运行过程中,容易存在闪变、电源波动以及配电网络谐波遭受污染,因此,一定要进行补偿或滤波处理.目前,有源电力滤波器和静止无功补偿器是基本的2种滤波补偿技术.有源电力滤波器APF的核心原理在于选取电力电子器件的相关可关断组件,严格依据坐标变换原理,实现瞬时无功的有效控制,对所检测对象的电压及电流进行积极补偿.APF会将负荷所需要的主要电源方式进行一定改变,并将相关的系统电源关闭,进而转换成电力控制器来实现电流的产生.静止无功补偿器SVF是一种比较先进的国际技术,核心原理在于借助电力电子器件中的相关高频开关,实现无功补偿.在具体运用的过程中,可对负荷变化的实际状况进行快速跟踪,并实施一定的无功补偿,能够对较明显电压波动进行有效改善,并不断提高电能的整体质量.

综上所述,风能是现阶段主要开发应用的新能源.风力发电的应用前景是具非常广阔的.随着电力电子技术的不断发展,风力发电系统中的一系列环节将取得不断进步.未来,风力发电效率将快速提升,电力变换质量不断提高,风力发电的成本也将降低.风力发电在美化生活、改善环境及推动经济建设方面将发挥积极的作用.

[1]张嵩,谷鸣,李莹.电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用[J].国网技术学院学报,2014,17(05).

〔编辑:张思楠〕

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10.15913/j.cnki.kjycx.2017.22.160

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