電力電子技術在風力發(fā)電中的實踐運行探討
2017-11-30 06:12:58辛龍彪
科技與創(chuàng)新 2017年22期
辛龍彪
(龍源電力集團安徽新能源發(fā)展有限公司,安徽 合肥 230031)
電力電子技術在風力發(fā)電中的實踐運行探討
辛龍彪
(龍源電力集團安徽新能源發(fā)展有限公司,安徽 合肥 230031)
風力發(fā)電作為綠色清潔可再生能源的主要代表,其技術成熟、成本低廉、對環(huán)境影響小,且最具開發(fā)價值,在有效改善能源結(jié)構、保護生態(tài)環(huán)境、促進經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展等方面具有重要意義.然而,風力發(fā)電系統(tǒng)的有效建立應保證電能的優(yōu)質(zhì)性以及輸送的穩(wěn)定性,在設備使用上的整體要求也很高.其中,電力電子技術與之前的技術對比而言,優(yōu)勢很多,對風力發(fā)電系統(tǒng)存在的問題能有效解決.基于此,對電力電子技術在風力發(fā)電中的實踐應用進行了詳細分析與探究.
電力電子技術;風力發(fā)電;電力領域;電力裝置
1 電力電子技術概述
電力電子技術,即在電力領域中一系列電子技術的總稱,具體而言,則是通過電子電力裝置的有效運用來變換及控制電力系統(tǒng)電能的一項技術.此技術所產(chǎn)生的標志則在于首個晶閘管的成功研制.其中,電路、裝置及相關器件是電力電子技術的核心內(nèi)容,而電力電子器件的最根本的材料是半導體,其電路的理論基礎為電子學,電力電子系統(tǒng)的主要組成包含電路及相關器件.在我國工業(yè)的發(fā)展過程中,其應用電力電子技術很廣泛,特別針對電力領域,在一定程度上推動了電力事業(yè)的不斷進步.
2 風力發(fā)電系統(tǒng)使用的電力電子器件
2.1 IGBT
IGBT關鍵在于控制系統(tǒng)功率,是一種功率器件,一方面能夠?qū)﹄娏鬟M行有效切斷;另一方面,則可采取PWM技術來實施無源逆變,能夠利用直流輸電將電力輸送給無交流電源的相關負荷點,然而,由于風力發(fā)電的穩(wěn)定性不夠強,導致IGBT運行的過程中產(chǎn)生了一定的波動,使銅片和基板、銅片和芯片在進行焊接時承受了相當大的熱量-機械應力.因此,依照此特性,IGBT的SPWN逆變器在市場中得到了大力推廣.實際運行中,由開關波形的有效控制,確保了電力輸出的有效性及穩(wěn)定性,另外,會對剛開始使用的角度進行改變,將功率因數(shù)換為1,有效改善了系統(tǒng)功率.
2.2 交直交變頻器
便利恒頻是風力發(fā)電系統(tǒng)的一大特性,通過變頻裝置的有效利用將其轉(zhuǎn)化為電能,并于電網(wǎng)進行能量的有效傳遞,然而,常存在側(cè)功率低、電壓諧波較多的現(xiàn)象.因此,為了有效改善此狀況,應合理運用交直交變頻器,對系統(tǒng)進行優(yōu)化控制,保證雙向交流,特別是無刷雙饋電機及變速恒頻系統(tǒng)的合理使用.
2.3 矩陣變換器
在電力電子技術的研究上,矩陣變換器的使用是很關鍵的,并有著非常廣泛的運用空間.這種電源變換器是很嶄新的,能夠?qū)涣麟娭械南嚓P參數(shù)進行有效轉(zhuǎn)換.另外,針對之前風力發(fā)電系統(tǒng)中轉(zhuǎn)換器的使用,能夠?qū)ο嚓P的電壓及調(diào)節(jié)頻率進行合理控制,進而更好地控制變頻恒頻,使風能得到有效控制.
3 在風力發(fā)電系統(tǒng)中的實踐應用
3.1 風力發(fā)電系統(tǒng)的改造
最初,風力發(fā)電系統(tǒng)在運行的過程中,其發(fā)電機的核心運行方式是主動失速或失速.此方式的輸出功率不具備足夠的優(yōu)越性及穩(wěn)定性,所以,隨著新型應用方式的不斷變化,此方式已逐漸被淘汰.目前,電力電子技術得到了快速發(fā)展,其發(fā)電機系統(tǒng)也在不斷地更新及完善,而發(fā)電機系統(tǒng)的主要運行方式及運行原理也在逐漸地優(yōu)化中.其中,電力電子技術中一項有效的應用產(chǎn)物則是變速恒頻風力發(fā)電機系統(tǒng),它的DFIG(變速恒頻變槳距調(diào)節(jié)系統(tǒng))在將雙饋感應電機配置于內(nèi)部后,能夠?qū)⑤旊姷恼w質(zhì)量有效提高,也能將能耗降低.
3.2 風力發(fā)電系統(tǒng)儲能的改造
風向風速的不穩(wěn)定性是風力發(fā)電系統(tǒng)應解決的主要問題.在風能大范圍提升的階段不能夠有效保證風量,這種背景之下,應不斷改革及創(chuàng)新相關的技術來加強風能的有效儲存,在一定程度上確保發(fā)電、供電的穩(wěn)定.當前,蓄電池是國際上風力發(fā)電儲能系統(tǒng)的基本方式,具備一定的優(yōu)勢,即儲能速率較快,安裝便利;另一方面,在風能的儲存方面,超導線圈儲能也是一種有效的方式,而從當下技術背景來分析,此技術不夠成熟,進而不能廣泛進行普及與推廣.
3.3 風力發(fā)電輸電的技術應用
在風力發(fā)電上,其動能提供的主要來源是風力資源,在設置發(fā)電機組的過程中,其多數(shù)處于偏遠區(qū)域,所以,就造成用戶、調(diào)度中心及發(fā)電機組這幾個方面存在一定的問題.而當下比較明顯的當屬主流的交流輸送方式.當前背景下,相關的風力發(fā)電企業(yè)正致力于HVDC技術的研究及推廣,也就是高壓直流輸電,此技術將一系列的電力電子技術進行了有效融合,以可關斷器件的有效運用來發(fā)揮其最佳效應,即GTO可關斷晶閘管、IGBT晶體管等.同時,以異步聯(lián)網(wǎng)的運用來保證結(jié)構比的優(yōu)越性,在環(huán)境的整體要求上也較低,成本投入及發(fā)電產(chǎn)量的整體性價比也相當高.另一方面,有效運用PWM等電子技術,進而在一定程度上保證了直流輸電的高質(zhì)量、低成本,將更好地促進HVDC技術的普及及推廣.其中,靈活交流輸電系統(tǒng)(FACTS)也是風力發(fā)電輸電技術的一種,此技術確保了現(xiàn)代控制技術和電力電子技術的密切結(jié)合,能夠?qū)ο嚓P的系統(tǒng)參數(shù)進行有效控制,全面提升整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性及輸電能力.
3.4 風力發(fā)電濾波、補償?shù)膽?/h3>
風力發(fā)電機組在其運行過程中,容易存在閃變、電源波動以及配電網(wǎng)絡諧波遭受污染,因此,一定要進行補償或濾波處理.目前,有源電力濾波器和靜止無功補償器是基本的2種濾波補償技術.有源電力濾波器APF的核心原理在于選取電力電子器件的相關可關斷組件,嚴格依據(jù)坐標變換原理,實現(xiàn)瞬時無功的有效控制,對所檢測對象的電壓及電流進行積極補償.APF會將負荷所需要的主要電源方式進行一定改變,并將相關的系統(tǒng)電源關閉,進而轉(zhuǎn)換成電力控制器來實現(xiàn)電流的產(chǎn)生.靜止無功補償器SVF是一種比較先進的國際技術,核心原理在于借助電力電子器件中的相關高頻開關,實現(xiàn)無功補償.在具體運用的過程中,可對負荷變化的實際狀況進行快速跟蹤,并實施一定的無功補償,能夠?qū)^明顯電壓波動進行有效改善,并不斷提高電能的整體質(zhì)量.
綜上所述,風能是現(xiàn)階段主要開發(fā)應用的新能源.風力發(fā)電的應用前景是具非常廣闊的.隨著電力電子技術的不斷發(fā)展,風力發(fā)電系統(tǒng)中的一系列環(huán)節(jié)將取得不斷進步.未來,風力發(fā)電效率將快速提升,電力變換質(zhì)量不斷提高,風力發(fā)電的成本也將降低.風力發(fā)電在美化生活、改善環(huán)境及推動經(jīng)濟建設方面將發(fā)揮積極的作用.
[1]張嵩,谷鳴,李瑩.電力電子技術在可再生能源發(fā)電系統(tǒng)中的應用[J].國網(wǎng)技術學院學報,2014,17(05).
〔編輯:張思楠〕
TM73
A
10.15913/j.cnki.kjycx.2017.22.160
2095-6835(2017)22-0160-02
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