电力电子技术在风电行业的应用

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1、电力电子技术在风电行业的应用09电气3班0810211331李懋摘要:随着经济的快速增长与新能源的不断发掘运用，风电行业得到了长足的发展。电力电子技术作为风电行业中不可或缺的一门学科，发挥着重要作用。电力电子在风电行业中的应用非常广泛，本文就风力发电系统的分类；双馈风力发电双向变频器的优缺点；风力发电的输送方式等进行了简单介绍，同时也对电力电子技术在风电行业中的作用进行了展望。关键词:电力电子技术；风电行业；风力发电；恒速恒频；变速恒频；双馈发电机随着社会的进步，科技的发展，电力电子技术作为一门实用性非常广阔的学科，在多种领域得到了广泛的应用。电力电子技术在

2、风电行业中的应用，是其中一个重要的分支。2012年，全球风电装机容量将达到1.9亿千瓦，年发电4000亿千瓦时。在欧洲风电新装机数量的下降的同时，亚洲和北美地区却在不断上升。中国风电新装机的数量在2008年已超越印度，成为世界第四大风电国，成为风电在全球最主要的市场之一。由于电力电子技术在风电技术发展中起到重要作用，所以电力电子技术在风电行业中占有重要地位。风力发电技术发展与电力电子技术的应用中，风力发电技术的发展趋势大体上可以归纳为以下几点：1、小容量向大容量发展2、定桨矩向变桨矩、变速恒频发展3、陆上风电向海上风电发展随着技术的发展，电力电子技术在风电行

3、业的应用也在不断改善。现阶段电力电子技术在风电行业的应用中，有：1、鼠笼型异步发电机变速恒频定子侧串变频器2、永磁式带变频器同步发电机变速恒频3、双馈发电机变速恒频4、双馈发电机变流器……等等。但是使用电力电子设备，也带来了一些负面影响，如电磁噪音，还有热损耗和高dv/dt电压等。所以电力电子技术的新发展与应用是一个必然的趋势。技术的新发展与应用，有如风电场谐波抑制与无功功率补偿，低电压穿越技术，抑制阵风引起的端电压矢量突变，海上防盐雾及长距离传输电能等。在简单分析了电力电子技术在风电行业中的应用情况后，电力电子技术在风电行业中的具体应用，我们在此进行简单的

4、整理叙述。在风力发电发展的初期。风力发电机组经历了从定桨距到变桨距再到变速变桨距的发展过程。大都采用变速变桨距风力发电机组。在初期。电机都是采用普通异步发电机发电。普通异步发电机无法控制。并网的风力发电机组对电网来说相当于随机的扰动源(由于风速的随机变化)，所以无论对电网的电能质量还是对电网运行的稳定性都有一定的消极影响。图1是目前风力发电的两种典型系统。典型设计都使用低压功率器件(风力发电机组都是690V的低压机组，没有中高压机组),电压通过升压变压器升至中压水平。在海上应用中，为了远距离输电，电压被升到输电电压水平(大约69kV)。目前的风机功率为1MW

5、～1.3MW，海上应用的4MW～5MW的风机正在研制过程中。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。一、恒速恒频风力发电机组原理框图如图2所示。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，转差率为负值。电机工作在发电机状态，且转差率的可变范围很小(<5％)，风速变化时发电机转速基本不变．所以称之为

6、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。这种风电机组的主要特点为：(1)系统结构简单，适合在野外，缺少维护的环境工作；(2)由于转速不变，无法进行最大功率点跟踪控制，发电的效率降低；(3)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：(4)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；(5)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

7、能质量问题，如电压闪变、无功变化等。在工程中通常采用静止无功补偿器SVC或TSC来进行无功调节。采用软起动来减小起动时发电机的电流。综合上述特点，恒速发电适合用于小功率，通常不高于600kW的系统。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。二、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，这是当前风力发电发展的一个趋势。变速恒频风力发电机组的主要特点是：(1)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；(2)通过对最大功率点的跟踪，使风

8、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