电力电子技术在风力发电中的应用_白顺强.pdf

Application 创新应用电子技术 第 52 卷 第 6 期（总第 559 期）2023 年 6 月 167摘要：阐述风力发电中的电力电子技术特点，风力发电需要借助电力电子技术，该技术的应用可以保证发电稳定的同时，还可以降低能源消耗，减少环境污染。在实际的发电发电过程中，常用的电力电子技术主要包括水平轴风力发电技术、达里厄式风力发电技术、垂直轴向风力发电技术。探讨电力电子技术在风力发电应用中的技术要点，风力储能系统技术改造、风力发电系统技术改造、风力发电滤波补偿技术、风力发电输出技术应用。关键词：风力发电，电力电子技术，储能系统，滤波补偿。中图分类号：TN0，TM614文章编号：1000-0755(2023)06-0167-03文献引用格式：白顺强.电力电子技术在风力发电中的应用J.电子技术,2023,52(06):167-169.时，都会出现风机暂态压力不稳定的现象，其在一定程度上引起了企业管理层人员的高度重视，各电力企业若想加强电网机制的销售，便需要注重电子电力技术在风力发电中的应用。另外，电力电子技术的应用有助于降低风能消耗1。虽然风能属于可再生新能源，但是其发电过程中应该注重能源消耗问题，尽可能借助电力电子技术提高风能向电能的转换率，以便于提高风能利用率，减少风能消耗，从而有助于降低生态环境污染。此外，电力电子技术的应用降低了电网谐波的发生概率，可以有效降低电网运行时产生的能源消耗2。事实上，电力电子技术的应用还具有降低运输过程中能源消耗的作用，各电力企业需要加强对该技术的研究。2 新能源时代风力发电中电力电子技术应用分类 2.1 水平轴风力发电技术水平轴风力发电技术在风力发电中的应用较为0 引言为提高风力发电效率以及发电的安全性，相关企业需要注重电力电子技术的应用。从自然资源利用的角度进行分析，公众的用电需求量逐渐增加，传统不可再生能源资源的供给量逐渐减少，为保证人民能源资源施工的稳定性以及持续性等，新能源风能的开发与利用十分重要，其属于可再生环保性能源。随着科学技术的不断发展，风能的使用量会逐渐增加。1 研究背景新能源时代电力电子技术在风力发电中的应用意义。风力发电属于新能源时代发展的重要表现，电力电子技术的应用有助于提高发电的稳定性。众所周知，风能属于新能源之一，其电力供应具有较大的不稳定性，为确保风能可以最大化的转化成为电能，技术人员需要使用静态电压法。当前，诸多电力企业在使用风能进行发电电力电子技术在风力发电中的应用白顺强（甘肃中广核风力发电有限公司，甘肃 736100）Abstract This paper describes the characteristics of power electronics technology in wind power generation.Wind power generation needs power electronics technology.The application of this technology can ensure the stability of power generation,reduce energy consumption and reduce environmental pollution.In the actual power generation process,the commonly used power electronics technologies mainly include horizontal axis wind power generation technology,Daria type wind power generation technology,and vertical axis wind power generation technology.It discusses the technical essentials of power electronics technology in the application of wind power generation,the technical transformation of wind energy storage system,the technical transformation of wind power generation system,the filtering compensation technology of wind power generation,and the application of wind power generation output technologyIndex Terms wind power generation,power electronics technology,energy storage system,filter compensation.Application of Power Electronics Technology in Wind Power GenerationBAI Shunqiang(Gansu CGN Wind Power Co.,Ltd.,Gansu 736100,China.)作者简介：白顺强，甘肃中广核风力发电有限公司，工程师；研究方向：新能源风力、光伏发电技术和技能。收稿日期：2022-06-15；修回日期：2023-06-12。Application 创新应用168 电子技术 第 52 卷 第 6 期（总第 559 期）2023 年 6 月广泛，其主要分为两种：（1）升力型，（2）阻力型，前者技术应用时的旋转速度相对较快，后者技术应用时的旋转速度相对较慢，所以在二者中升力型发电技术的应用较为常见。水平轴风力发电技术具有控制风力相关设备装置的作用，如若风向发生改变，则设备的转动方向也会随之发生改变，为进一步提升该技术应用效果，各电力企业技术人员需要选择使用尾舵装置，其可以助力水平轴风力发电技术的应用价值发挥至最大。如果是大型风力发电技术的应用，电力企业技术人员需要选择使用风向传感设备元件，同时还需要电机组传输动态设备机构的支持。同时，该技术应用过程中风力设备结构中的风轮可以被安装在风力发电塔架前方或后方，安装在前方属于是上风向风力发电技术，安装在后方属于是下风向风力发电技术。在实际的风力发电工作中，该技术应用可以搭配的设备类型较为丰富，技术应用较为灵活3。图1所示为水平轴风力发电系统中的尾舵装置。2.2 达里厄式风力发电技术在1930年代，法国科学家发现了达里厄斯风力发电技术。随后，加拿大科学家对该技术进行了研究，最终使其成为能够与水平轴风力发电技术相匹敌的发电技术。在众多风力发电技术当中，不同于其他类型的技术，达里厄式风力发电技术需要借助风力转动时产生的升力完成发电工作。此外，该技术的应用需要相关机械设备的安装，例如风力发电设备，技术人员需要选择使用弯曲叶片横剖面为翼型的发电设备，虽然此种设备启动力矩偏低，但是设备启动过程中风叶的转速较快，且设备的实际应用需要技术人员关注输出功率4。2.3 垂直轴向风力发电技术在风力发电过程中，垂直轴向风力发电技术属于常见技术之一，其具有改变风向的作用，且该技术的应用对于风向的实际走向无特殊要求，与水平轴风力发电技术相比，该技术的应用优势较为明显。但是，垂直轴向风力发电技术在实际应用过程中，相配套设备的选择要求偏低，即对设备结构内部设计的复杂与否无较高要求，进而诸多设备内部结构中风轮对于风向的陀螺力较小。与此同时，该技术的应用在旋转类型风力方面的选择种类较多，常用的有相对纯阻力设备、风轮以及设备平板等。除此之外，该技术使用过程中还需要S型风车设备的支持，该设备具有一部分上升力，且在设备实际运行过程中会产生较大的动力距离。如果S型风车设备的尖速度比例设计不合理，又或者是设备风轮尺寸不精准、设备自身重量超标以及制作成本较低等情况下，垂直轴向风力发电技术的应用可能会改善风力发电功率输出变低的现象5。3 电力电子技术在风力发电应用中的技术要点 3.1 风力储能系统技术改造电力制造需要风力发电系统的运行，首先，技术人员需要优先解决风力方向以及风速不稳定问题，同时还需要注重风力能源应用时间的延长。其次，因实际发电过程中无法保证风力长期处于风量较为充足的状态，所以技术人员需要注重风力储能系统技术的改造问题，尽可能通过提高技术改造水平而保证风力发电的稳定性以及安全性等。最后，现如今，国内常用的风力储能系统技术主要是能源储存模式，该模式电力来源于蓄电池，且系统操作流程较为简便，风量储能效果良好。但是，从现有的风力发电技术角度进行分析，风力储能系统的运行具有突发事件发生概率较大的安全隐患，技术人员需要使用不间断供电的方式进行隐患排查，以此可以提升风力储能系统运行的稳定性。与此同时，不间断供电方式可以在系统运行期间保证电力储能充足，且电力供应稳定，进而可以有效提高电能储存效率6。3.2 风力发电系统技术改造2000年代，我国在风力发电设备的研究方面，电力系统的运行控制模式主要分为两种，（1）失速模式，（2）主动失速模式，两种模式无论是哪种模式的应用，其在电力输出功率方面都存在不稳定以及不安全等隐患。为此，随着我国电力事业的不断发展，风力发电技术的应用逐渐取得较好效果。当前，风力发电技术以及相关系统、设备的种类逐渐丰富，且风力发电运行模式逐渐获得优化与完善，受电力电流速度变化的影响，常用的电力电子技术代表为平衡频道风力发电设备，而设备运行涉及的体系为电流速度恒频间距调节体系，加之双馈感应发电机的应用，设备系统运行整体具有节能降耗以及提升电流输出质量的作用。此外，双馈感应发电机系统中包括电力电子变换设备，电力企业技术人员若想提高该系统运行效率，需要在系统设备内部结构中增设电子设备，且增设的电子设备需要满足多级以及同步等要求，其有助于为风力发电系统整体优化提供帮助。图1 水平轴风力发电系统中的尾舵装置Application 创新应用电子技术 第 52 卷 第 6 期（总第 559 期）2023 年 6 月 169 3.3 风力发电滤波补偿技术在风力发电过程中，风力发电机组容易受配电网络谐波的污染，如若污染较为严重，不仅会影响发电机组的运行效率以及运行稳定性等，还有可能会出现电源波动故障或闪变故障等，其在一定程度上会影响风力发电效果。为此，电力企业技术人员需要利用电力电子技术对滤波以及补偿现象进行处理。当前，常用的滤波及补偿处理技术有两种，一种是有源电力滤波器，另一种是静止无功补偿器，前者英文简称APF，技术应用需要科学选择电力电子器件，同时还需要遵循坐标变换原理，及时补偿电流、电压7。此外，APF具有改变负荷电源方式的功能，其可以在电源系统关闭的情况下产生电流。后者，静止无功补偿器英文缩写为SVF，其属于先进技术，针对无功补偿任务的完成主要是利用电力电子器件中的高频开关功能，该技术实际应用过程中，可以实时对负荷的变化情况进行监测，同时还可以改善风力发电电压波动。3.4 风力发电输出技术应用风力发电系统设备的运行需要技术人员对其运行的有效性进行考量，同时还需要借助风力能源完成动力能量的供应。为此，风力发电设备系统安装位置较为偏僻，且发电设备运行存在诸多安全隐患，依据国家相关规定，当前国内风力发电主要应用的技术需要进行进一步的研究，即使是我国已经研究出了高压模式下直流输出电流技术，但技术应用水平有待提高。此外，风力发电输出技术的应用对于自然环境要求偏低，且技术应用的性价比较高，相关发电设备运行期间直流输电模式会启动，加之电力电子技术以及IGBT系统晶体管的应用，可以有效提升关断设备运行效率8。同时，为保证风力发电输出技术应用质量，技术人员还需要安装以及使用PWM系统，该系统具有降低风力发电电流输电运行成本的作用，且可以提高风力发电质量，可为风力发电技术的全面升级提供有力支持。4 结语风能属于新能源，其可以代替传统能源完成发电工作。在