电力电子在风力发电领域的应用

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1、电力电子在风力发电领域的应用摘要：风力发电是新能源屮最具开发条件，商业化发展前景和潜力最大的的发电方式之一。随着风力发电技术的发展和应用推广，对风力发电的效率和电能质S:的耍求越來越高，而应用电力电子技术和控制技术是冇效的实现手段，本文总结丫在风力发电中应用较多的几种电力电子器件及电力电子技术，分析了各种方法的特点、功用和发展。关键字：风力发电，电力电子技术，电力电子器件0引言风能作为一种清洁的可再生能源，为全球能源危机和环境污染提供了行效的解决方案，同时也给诸多科技领域施加了动力并提供了广阔的市场。它从20世纪70年代中期

2、开始受到世界各国的重视.当前风电技术己经口臻成熟。最近儿年，世界上形成了一股风力发电热。风电规模化开发推动了本国风机制造业的发展。世界主要风机制造商前10名中的9名，以及前15名中的12名，都来A风电装机界量居世界前五位的国家。据预测，到2010年世界风电安装年增长1.46°/。，而未來的增长中心将分别在北美，印度和中国，欧洲仍将保持很高的需求。我国的风电产业仍然远远落后于世界先进水平，甚至落后于印度。事实上，中国每年常规动力容量增长是印度的5倍;但是在风能方面，中国的新増容量仅是印度的25%。从20年前推出的样机开始，风电

3、技术经过长期发展的历程，今天的发电机组已经成为先进的现代高新技术：当前一台风电机组，比20年前的机组功率大200倍，现代的风电发电厂生产出来的电量之大，相当于常规电厂。要以最低的成本生产出最多的电能，风力发电系统正在不断的改进，其中电电子没备起到关键作用.目前，电力电子设备广泛应用在大、中、小容量的风力发电系统中m。1风力发电机特点及系统1.1风力发电机特点不论是独立运行的风电系统还是并网运行的风电系统，其主要的组成部分都包桮以下几个模块：风机、发电机和控制系统。巾于风力发电的一次能源即风能是间歇性的，发电机会经常处于启停状

4、态，因此发电机类型常选为异步发电机。而正是这些因素才使得风力发电系统有着不同于常规发电系统的特点：(1)输人风能的变化具有随机性，如果不采取任何措施，风力发电机输出的功率将随着风速的变化而波动，从而影响发电系统的电能质:k。(2)含异步发电机的风力发电机组运行时输出有功功率，同时要吸取无功功率。不与电网连接的风电系统必须配有无功补偿装置，这种补偿装置可以是固定电容器组，也可以是电力电子器件组成的补偿设备。如果与电网相连，异步发电机吸收的无功可以部分或全部从电网获取，但依然要根据风力发电机的类型及电网的要求来确定是否增设无功补

5、偿装置。(3)异步发电机无电压控制能力，电压波动容易超出允许范闱。以上这些风力发电系统的特点，也可以说是缺点，随着电力电子技术的应用正日益得到改善1.2风力发电机系统由于简易性以及魯棒性，失速或者主动失速控制的定速风力发电机系统是2003年以前最常见的系统，该系统的主要结构如图1所示。主动失速控制主要运用在额定功率超过1MW的大机组，其标准组成是一个齿轮变速箱和无功补偿电容器组。但是此系统也有一定的缺点,例如输出功率高度不稳定性及其在变速箱的消耗。图1定速风力发电机系统(文中无说明)当定速风力发电机系统的缺点被描述岀来后开始

6、倾向于使用变速恒频风力发电机系统，它的优点在于：(1)变速运行放宽对桨距调节响应速度的要求，降低桨距调节系统的复杂性.变速恒频风力发电机系统可以和当时风速相协调控制，B

7、j:低风速时桨距角固定，岛风速时调节桨距角限制最大输出功率.(2)变速恒频风力发电机可以减小低风速下的空气动力干扰，使噪声降低.(3)变速恒频风力发电机以最佳的叶尖速比最大的功率点运行，提高了风力机的运行效率。(4)变速恒频风力发电机系统可以减少转矩脉动，从而减少了输出功率的波动.(5)变速恒频风力发电机可以减少叶片和驱动轴上机械应力.目前，拥有双馈感应电机

8、的变速恒频变桨距调节系统(DFIG)非常流行，在风力发电机系统屮将占有重要的地位。它与定速风力发电机系统相比节省了静止无功补偿器，可以获取更多的电能和提尚电网电能质铽。2风力发电系统中的电力电子技术风力发电既可独立运行，也可并网运行。对于独立运行的风电系统，其可靠性和稳定性不如并网运行的风电，因此风电并网运行成为发展趋势。风电并网运行与电力电子技术有着密切的关系。通常有两种与电网连接方式:一是直接与电网相连，二是通过电力电子器件组成的变换器与电网联接。直接与电网相连的风电场，为了限制异步发电机在并网瞬间出现较大的冲击电流，配

9、有软并网装罝，即在异步发电机定子与电网之间每相串人一只双向晶闸管，并网后由一个接触器的动合触头将其短接。此外在异步发电机的出U处还装有无功补偿设备。另外，除了并网联接用的电力电子设备，在风电系统中还有一些并联补偿装置，比如超导储能系统、固定电容器组无功补偿器、静止无功补偿器、静止无功发生器