安防之家讯：电力一电子学(PowerEleetronics)、微电子学(MicroElectronics)构成了电子学(Electronics)的主要内容。

新一代电力电子技术的研究内容包括了两个方面：即新型电力电子器件的开发及其应用。由于这种技术是微电子技术和传统电力电子技术在高层次上的溶合，吸收了多种科学技术的最新成果，因此被视为一项综合性较强的技术，得到了人们的普遍关注。加之其明显的节能、省材、提高生产效率等特点，在美国、日本、西欧等工业发达国家取得了迅速发展。在器件上已摆脱了70年代中期以前单一晶闸管的工作模式，进入了“功率集成”的层次;应用上也已从直流电解、直流牵引、直流传动等传统领域扩展到电力传输、交流传动、开关电源、感应加热、家用电器等诸多新领域⋯。从目前世界的能源结构来看，以资源有限、污染严重的石化能源为主的能源结构将逐步转变为以资源无限、清洁干净的可再生能源为主的能源结构。太阳能、风能、水能、海洋能、生物质能、地热能、燃料电池等可再生能源作为新兴的绿色能源，以其永不枯竭、无污染、不受地域资源限制等优点，正得到迅速的推广应用。电力电子技术作为可再生能源发电技术的关键，直接关系到可再生能源发电技术的发展¨。可再生能源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 电力电子技术在再生能源发电系统中的应用及发展趋势

1.1逆变器及并网控制技术

可再生能源发电输出功率的并网主要采用针对变速恒频双馈风力发电机组的AC—AC变换器并网和采用逆变器的并网方式。

I.2太阳能充电控制器.

为提高太阳能发电的可靠性，需配备一定容量的蓄电池组。铅酸蓄电池组成本较高，且使用寿命有限，若使用不当，会严重影响寿命。采用自适应控制算法则能很好地兼顾蓄电池充电控制和太阳能电池最大功率跟踪控制。

1.3变速恒频风力发电系统

目前我国风力发电基本都是采用并网型异步风力发电机组，运行方式是不加控制的直接并网运行，风速风向变化时很容易对电网形成冲击、注入谐波、造成污染，甚至影响局部电网运行的稳定性。解决这一问题的方案是采用变速恒频控制，即当风速改变引起风轮转速变化时，仍能保证输出电能频率恒定。

风能是洁净的，可再生的，储量很大的能源，为了缓解能源危机和供电压力，改善生存环境，在20世纪70年代中叶以后受到重视和开发利用。风力发电有很多独特的优点：施工周期短，投资灵活，实际占地少，对土地要求低等，但仍在并网、输电、风机控制等方面存在问题，阻碍了风力发电的广泛应用。因此，要大规模的应用先进的电力电子技术到风力发电当中，有效的解决现有问题，使得风力发电成为电力行业的生力军。

以下将从不同角度展现电力电子技术在风力发电中的应用。

2风力发电系统中的电力电子技术

2.1风电并网技术

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HJ。

2.2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D1。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。

2.2.1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，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。

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。

2.2.2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，提高了发电效率;

(3)风轮机可以根据风速的变化而以不同的转速旋转，减少了力矩的脉冲幅度以及对风力机的机械应力，降低机械强度要求;

(4)风轮机的加速减速对风能的快速变化起到了缓冲作用，使输出功率的波动减小。

(5)通过一定的控制策略(如SVPWM控制)对风电机组有功、无功输出功率进行解耦控制，可以分别单独控制风电机组有功、无功的输出，具备电压的控制能力。尤其是最后两点非常有利于电网的安全稳定运行.综合上述特点，变速发电机组适合用于大功率，通常大于IMw的系统。

2.2.3两种变速恒频发电系统

变速恒频系统主要又分为同步风力发电机系统和异步风力发电机系统。其中同步发电机系统包括永磁同步发电机系统和电励磁同步发电机系统;异步发电机系统主要是绕线转子异步发电机系统。永磁同步发电机是利用永久磁铁取代转子励磁磁场，其结构比较简单、牢固。永磁同步发电机变速恒频风力发电系统是通过控制一套整流逆变装置，将发电机输出的变频变压交流电转换为满足电网要求的恒频恒压交流电。采用电励磁的同步风力发电系统，发电机定子通过变频器和电网相连接，转子采用AC/DC整流装置给发电机提供励磁。发电机可以采用变速箱驱动，也可以使用直接驱动。同步风力发电机系统的特点为：

(1)发电机发出的全部电功率都通过变换器，变换器容量需要按100%功率选取，比双馈系统容量大，投资和损耗大，谐波吸收困难;

(2)可以使用永磁发电机，电机轻，效率高，而且可以采用直接驱动的结构形式，去掉笨重的变速箱;

(3)功率变换器为单象限的，结构简单。这是一种比较合适的变速恒频方案⋯，该结构定子绕组和电网直接相连接，转子绕组由具有可调节频率的三相电源激励，交流励磁控制通过变频装置向转子提供三相滑差频率的电流进行励磁，通过变频器的功率仅仅是转差功率，双馈调速将转差功率回馈到电机轴或者电网，这是各种传动系统中效率比较高的。其特点为：

(1)变频器仅流过转差功率，其容量小，通常可按发电总功率的25%左右选取(转速变化范围±33%时)，投资和损耗小，发电效率提高2%一3%，谐波吸收方便;

(2)只能使用双馈电机，比永磁电机重，效率低，需要变速箱，整个系统相对较笨重;

(3)由于要求功率双向流过变频器，它必须是四象限变频器，其价格约是同容量单象限变频器的一倍。

3结论

随着世界范围内能源短缺的加剧，风力发电受到了更多的重视，更多大规模的风电开始接入电力系统，电力电子技术在风电并网及正常运行中发挥了重要作用。通过采用电力电子技术，风电机组的运行特性大为改善;通过有功、无功控制，风电机组可以对系统的频率和电压控制起到一定作用;而大规模风电场的并网运行，也将会逐渐降低风力发电的成本，使风力发电更为普及，在经济和社会发展中发挥出更大的作用。

参考文献

[1]何补寐，王亦楠.风力发电——我国能源可持续发展的现实选择[J].中国三峡建设，2005，(5)：31

[2]陈忠斌，胡文华.电力电子技术在风力发电中的应用[J].电源技术应用.2006，9(12)：22

[3]徐建中，冯遵安，王恩荣.电力电子技术在可再生能源发电系统中的应用[J].南京师范大学学报(工程技术版).2007，7(3)：21.

[4]Bull Stanley R.Renewable Energy Today and Tomor.row[A].Proceedings of thelEEE[c].2001，89(8)：1216—1226.

[5]郭红霞，杨金明.风力发电中的电力电子技术和控制技术[J].中国水运(学术版)，2007，(03)

[6]杨慧颖，邬嘉鸣，张波，杜敏.风力发电中电力电子技术的应用[J].山东电力高等专科学校学报，2005，(04).

[7]刁瑞盛.风力发电对电网的影响研究[D].浙江大学。2006

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