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風(fēng)力發(fā)電中電力電子技術(shù)的應用論文
引言
隨著(zhù)能源短缺的危機越來(lái)越嚴重，環(huán)境污染問(wèn)題也日益惡化，我國加快了開(kāi)發(fā)、利用新能源的進(jìn)程。在名目眾多的新能源中，風(fēng)力發(fā)電是最被看好的一種，由于它開(kāi)發(fā)條件好，又具有很廣闊的開(kāi)發(fā)價(jià)值，因而備受關(guān)注。在風(fēng)力發(fā)電中應用電力電子技術(shù)，可以大大改善風(fēng)電機組的運行情況，這種技術(shù)將會(huì )在未來(lái)發(fā)揮更大的作用。
一、我國風(fēng)力發(fā)電的現狀及應用電力電子技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
從總體情況來(lái)說(shuō)，我國的風(fēng)里發(fā)電產(chǎn)業(yè)還是處在高度發(fā)展的狀態(tài)的。我國的風(fēng)里發(fā)電從誕生至今，也已有五六十個(gè)年頭了，在產(chǎn)生之初，風(fēng)力發(fā)電的規模還是比較小的，后面由于各種原因而陷入了停滯狀態(tài)。后來(lái)，資源危機的發(fā)生，客觀(guān)上推動(dòng)了我國對風(fēng)力發(fā)電的研究，在這一方面，國家也給予了大力支持，但是此時(shí)的發(fā)電規模仍然不夠大。進(jìn)入21世紀后，情況得到了很大改善，風(fēng)力發(fā)電的規模不斷擴大。資源短缺是世界性的，這一狀態(tài)的延續會(huì )讓風(fēng)力發(fā)電受到更多的關(guān)注。隨著(zhù)現代電力電子技術(shù)、現代變頻調速技術(shù)的不斷發(fā)展，它們也將更加廣泛地應用在風(fēng)力發(fā)電中。通過(guò)對電力電子技術(shù)的運用，風(fēng)電機組的運行特性可以得到改善，通過(guò)相關(guān)控制，風(fēng)電系統內的頻率會(huì )更加穩定，電壓也將得到更好地控制。此外，對于較大型的風(fēng)電場(chǎng)來(lái)說(shuō)，風(fēng)力發(fā)電的成本也可以得到有效降低。
二、電力電子技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電中的應用
風(fēng)力發(fā)電是目前除水力發(fā)電之外的技術(shù)比較成熟、利用價(jià)值比較高的發(fā)電方式。風(fēng)能本身并無(wú)法儲存能源，在這一點(diǎn)上，電力電子技術(shù)起到了關(guān)鍵作用，它將風(fēng)能順利轉發(fā)為電能，再進(jìn)一步輸送到電網(wǎng)中�，F實(shí)中，應用在風(fēng)力發(fā)電系統中的電力電子技術(shù)主要是變速、恒速恒頻發(fā)電以及風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)。
1、風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)。將風(fēng)電進(jìn)行并網(wǎng)運行，是目前比較可靠，也比較穩定可行的一種方法，因此風(fēng)電進(jìn)行并網(wǎng)運行的方法被越來(lái)越多的風(fēng)電場(chǎng)接受，已經(jīng)成為一種趨勢。這種技術(shù)其實(shí)離不開(kāi)電力電子技術(shù)，風(fēng)電場(chǎng)可以選擇與電網(wǎng)之間相連，也可以選擇通過(guò)電子變換器來(lái)與電網(wǎng)進(jìn)行連接。若選擇直接與電網(wǎng)相連接，為了防止連接過(guò)程中較大沖擊電流的出現，風(fēng)電場(chǎng)往往會(huì )配置軟并網(wǎng)裝置。在風(fēng)力發(fā)電機的選擇上，目前通常采用變速同步發(fā)電機或是變速雙饋異步發(fā)電機。由于這些設備自身的特點(diǎn)以及接入時(shí)的技術(shù)要求，電力電子技術(shù)成為不可或缺的因素。
2、恒速恒頻發(fā)電和變速恒頻發(fā)電。在整個(gè)風(fēng)力發(fā)電的過(guò)程中，發(fā)電機是至關(guān)重要的一部分；而在能量轉化的過(guò)程中，發(fā)電機又處在核心環(huán)節。按照發(fā)電機運行但方式的不同，風(fēng)力發(fā)電系統可以劃分為恒速、變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統。若采用的是并聯(lián)的電路連接方式，則風(fēng)力發(fā)電機的發(fā)出頻率必須要保持穩定。
1、恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統。在這種系統下，風(fēng)電場(chǎng)一般會(huì )采用普通異步發(fā)電機，這種機組在國外有一個(gè)通用的名字----丹麥概念機組。這種機組的特性就是它在運行時(shí)，若達到某種狀態(tài)，則會(huì )呈現轉差率為負值的現象。當處在發(fā)電機狀態(tài)，電機的轉差率變動(dòng)將保持在一個(gè)很小的范圍。當風(fēng)速開(kāi)始變化時(shí)，這時(shí)發(fā)電機的轉速基本上是不會(huì )變化的，這也是該機組的名稱(chēng)由來(lái)。這種機組極少采用變化器（主要由電子電力器件構成），除了上述特點(diǎn)外，該機組還有其他一些特點(diǎn)：首先，它的系統結構是一種比較簡(jiǎn)單的結構，能夠很好地適合野外環(huán)境；其次，機組在工作時(shí)無(wú)法控制電壓，不利于系統穩定，一旦發(fā)生故障也不易修復；另外，由于機組的工作特性，對于零部件的堅固性要求較高。
2、變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統。這種發(fā)電系統可以使機組在保持高轉速的情況下依舊穩定運行，這種工作原理也逐漸成為一種流行趨勢。這種機組主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：首先，由于它采用的是電力電子變頻器，因此它的結構要比其他機組復雜；其次，通過(guò)追蹤最大功率，該機組可以保存高速、穩定的運轉，因此發(fā)電效率很高；另外，風(fēng)輪機的緩沖作用使得機組的輸出功率不會(huì )有太大的變化；還有，風(fēng)輪機的轉速可以很好地適應風(fēng)速變化，因而巧妙地減少了脈沖幅度和機械應力，這樣一來(lái)，機械的強度要求也就變低了；最后，通過(guò)實(shí)施一定的控制策略，可以更好地保障電網(wǎng)的安全。
3、兩種變速恒頻發(fā)電系統。變速恒頻系統又可以細分為同步與異步的風(fēng)力發(fā)電機系統。同步發(fā)電機系統由電勵磁、永磁同步發(fā)電機系統構成；異步發(fā)電機系統則主要是指繞線(xiàn)轉子異步發(fā)電機。同步風(fēng)力發(fā)電系統的特征主要有以下幾點(diǎn)：首先，所有被發(fā)出的電動(dòng)率都需經(jīng)過(guò)變換器，因而對變換器的要求很高，投資多、損耗大；其次，可以使用永磁發(fā)電機。永磁發(fā)電機以永久磁鐵替代了轉子勵磁，結構簡(jiǎn)單的同時(shí)也比較堅固，因此這種電機比較輕便，發(fā)電效率也較高，可以直接驅動(dòng)，直接省去了變速箱這個(gè)部件，不僅簡(jiǎn)化了步驟，提高了效率，還大大節約了成本；最后，對于轉換器為單象限的，該發(fā)電系統結構簡(jiǎn)單。該系統中的定子繞組會(huì )直接連接電網(wǎng)，它能夠有效地調節電流頻率，將流經(jīng)變頻器的電流頻率控制在轉差功率的范圍，因此這種系統也就擁有了在同類(lèi)發(fā)電系統中最高的發(fā)電效率，不得不說(shuō)這一點(diǎn)是其他傳動(dòng)系統所不能比擬的。
結語(yǔ)
前文介紹了許多風(fēng)力發(fā)電技術(shù)以及發(fā)電系統，但也只是簡(jiǎn)單闡述，真正具體而深入的知識并未被筆者完全呈現。綜上可見(jiàn)，電力電子技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電中起著(zhù)關(guān)鍵作用，會(huì )直接影響到風(fēng)力發(fā)電將來(lái)的發(fā)展道路，若應用得當，將大大節約風(fēng)力發(fā)電的成本，為新能源市場(chǎng)貢獻更大的力量。
參考文獻：
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