电力电子在风力发电中的应用.docx

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1、电力电子技术在风力发电中的应用专业：自动化班级：-16姓名：赵超超学号：指导老师：朱冬娇日期：2017年1月4日摘要：本文主要收集了风力发电系统中电力电子技术的应用，简单介绍了风电并网技术、恒速恒频发电和变速恒频发电以及电力电子技术在风力发电储能、输电技术、滤波补偿中的应用，并电力电子技术对风电系统运行性能的改善作了探讨。关键词：电力电子技术、风力发电系统、性能改善开发和利用新能源及可再生能源是解决中国能源和环保问题的重要战略措施之一。在众多可再生能源中，风力发电技术是目前为止最适用于大规模发电的技术之一，而在风力发电中应用电力电子技术，能使风电机组的运行特性大为改善，在风电并网

2、及正常运行中也发挥着重要作用。1.风力发电系统的组成及其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括以下几个模块：风机、发电机和控制系统。由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）输入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量。（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

3、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围。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。2.电力电子技术在风力发电系统中的应用2.1在风力发电机系统中电力电子技术的应用。除水力发电之外，风力发电是当今世界上可再生能源开发利用中技术最成熟、最具规模开发和商业化发展前景的发电技术。风能是不能储存能源，将风能转换成电能并输送到电网过程中，电力电子设备是关键因

4、素之一。目前，风力发电系统中应用的电力电子技术主要有风电并网技术、恒速恒频发电和变速恒频发电。2.1.1风电并网技术由于并网运行的风电，其可靠性和稳定性都好，所以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。通常有直接与电网相连、通过电力电子器件组成的变换器与电网联接这两种与电网连接的方式。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，配有软并网装置，即在异步发电机定子与电网之间每相串入一只双向晶闸管，并网后由一个接触器的动合触头将其短接。至于采用的风力发电机的类型，目前研究最多的是变速双馈异步发电机和变速同步发电机，由于它们本身构

5、造上的特点和技术上要求，与电网连接时都需要电力电子技术的支持。2.1.2恒速恒频发电和变速恒频发电风力发电系统中，发电机是能量转换的核心部分，风力发电机系统按照发电机运行的方式来分，主要有恒速恒频风力发电系统和变速恒频风力发电系统两种。风力发电机组与电网并联运行时，要求风力发电机组发出电能的频率保持恒定，即与电网频率相等。风力发电发出大小变化的直流电或频率变化的交流电，需要电力电子变换器将电能进行变换。（1）恒速恒频风力发电系统。恒速恒频发电机系统一般采用的是普通异步发电机，这在国外一般被称为丹麦概念风电机组。这种风电机组的发电机正常运行在超同步状态时转差率为负值，电机工作在发电

6、机状态时转差率的可变范围很小，风速变化时发电机转速基本不变，所以称之为恒速恒频风电机组。恒速恒频风电机组一般很少采用电力电子变换器装置，这种风电机组主要有五大特点：第一，系统结构简单，适合在野外、缺少维护的环境工作。第二，这种风电机组在正常运行时无法对电压进行控制，不能象同步发电机一样提供电压支撑能力，不利于电网故障时系统电压的恢复和系统稳定。第三，当风速快速升高时，由于转速不变，风能将通过桨叶传递给主轴、齿轮箱和发电机等部件，产生很大的机械应力，引起这些部件的疲劳损坏，所以要求坚固。第四，发出的电能也随风速波动而敏感波动的，若风速急剧变化，可能会引起风电机组发出电能质量问题，如

7、电压闪变、无功变化等。随着电力电子技术特别是电机变频调速技术的不断完善，更多的风力发电系统采用变速恒频风力发电系统。（2）变速恒频风力发电系统。变速恒频风力发电系统通过变桨距控制风轮使整个系统在很大的转速范围内按照最佳的效率运行，这也是当前风力发电发展的一个趋势。变速恒频风力发电机组主要有五大特点：第一，由于采用电力电子变频器，变速恒频风电机组结构相对较复杂。第二，通过对最大功率点的跟踪，使风力发电机组在可发电风速下均可获得最佳的功率输出，提高了发电的效率。第三，风轮机的加速减速