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摘 要:随着电力电子技术的快速发展,电力电子技术在风力发电中的应用越来越广泛.本文通过对恒速恒频、变速恒频风力发电系统的介绍,分析电力电子技术在风力发电中的应用.
关键词:电力电子技术 风力发电 应用
中图分类号:TK83 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2013)12(c)-0010-01
风能是重要的可再生能源之一,风力发电占地较少,施工周期短,投资比较灵活,而且清洁无污染,所以具有较高的经济效益和社会效益.随着电力电子和变频调速技术的快速发展,电力电子技术在风力发电中的应用越来越广泛.风力发电系统中能量转换的核心是发电机,按照发电机的运行方式,风力发电机系统主要有恒速横频风力发电系统和变速恒频风力发电系统.
1. 横速恒频风力发电系统
恒速恒频发电系统通常采用普通异步发电机,在国外,普通异步发电机一般被称为丹麦概念风电阻,正常运用在超同步状态.而在风速变化时,这种发电机的转速基本不发生改变,所以才被称之为恒速恒频风电机组,在具体的使用过程中,采用电力电子变换装置器的机会很少.主要特点为:恒速恒频风电机组系统结构较为简单,特别适合在那些缺少维护的环境中工作,如野外；由于恒速恒频风电机组的转速是不变的,所以无法进行跟踪及控制最大功率点跟踪,造成发电效率不高；由于恒速恒频风电机组的转速是不变的,所以等风速在短时间内迅速提高时,强大的风能将通过桨叶传递给发电机、主轴、齿轮箱等部件,进而产生较大的机械应力,容易使这些部件疲劳,甚至损坏,所以恒速恒频风电机组的发电机、主轴、齿轮箱等部件一般比较坚固；恒速恒频风电机组在正常工作时,不能对电压进行控制,也不能提供电压支撑能力,所以在电网发生故障时,不利于保持系统的稳定和系统电压的恢复；随着风速的不断变化和波动,恒速恒频风电机组发出的电能也跟着波动,而且相当敏感.所以,一旦风速急剧变化,将会引起恒速恒频风电机组发出的电能存在严重的质量问题,如无功变化、电压闪变等.在实际工程中,通常会采用静止无功补偿器进行必要的无功调节,一般采用TSC或SVC进行调节,简单来说就是采取软起动来的方式,有效减小启动时发电机的电流.
可以看出,恒速恒频发电比较适合于600 kW以下的系统,即小功率发电系统.随着电子电力电子技术,以及变频调速技术的不断发展和完善,风力发电系统开始更多地采用变速恒频风力发电系统.
2. 变速恒频风力发电系统
变速恒频风力发电系统是当前风力发电发展的重要趋势,主要是指通过变桨距控制风轮,这样即使在极大的转速范围内,也难实现整个系统的最佳运行效率.变速恒频风力发电组的主要特点有:变速恒频多电风电机组的结构相对于恒速恒频来说比较复杂,采用的是电力电子变频器；由于转速是变化的,所以能够实现对最大功率的跟踪,使得只要达到可发电风速时,就能实现最佳的功率输出,极大提高了风力发电效率；风轮机可以跟着风速的变化而自行改变转速,从而大大减小了力矩的脉冲幅度,对风力机的机械应力减小；针对风能的不断变化,风轮机可以进行加速、减速进行缓冲,减小输出功率的波动；通过采取SVPWM等控制策略,对风电机组无功输出和有功输出进行解藕控制,进而实现对无功输出和有功输出的单独控制,具备控制电压的能力.
从以上特点可以看出,变速横频风力发电系统比较适合大于1 MW的大功率发电,特别是后面两点更有利于电网的稳定运行和安全运行.
3. 两种变速横频发电系统
变速恒频变速系统又可以分为由永磁同步发电机系统和电励磁同步发电机系统组成的同步风力发电系统,以及以绕线转子异步发电机系统为主的异步风力发电系统.其中,永磁同步发电机主要是将转子励磁磁场以永久磁铁代替,结构相对来说较为简单,也比较牢固.永磁同步发电机变速恒频风力发电系统,则是通过对一套整流逆变装置的控制,对发电机将要输出的变频变压交流电进行转换,转变成恒频恒压交流电,从而满足电网要求.同步风力发电系统的特点主要为:需要变换器对发电机发出的全部电功率进行变换,变换器容量一般是100%功率；可以采用比较轻的永磁发电机,提高工作效率,可以采用直接驱动的结构形式代替笨重的变速箱；功率变换器较为简单,一般采取单限.
绕线式异步电机的变速恒频风力发电系统中,其结构定子绕组直接和电网连接,转子绕组由三相电源激励,而且三相电源还可以调节频率,通过变频装置,交流励磁控制向转子提供电流进行励磁,需要注意的是,通过变频器的功率只是转差功率,然后通过双馈调速,使这些转差功率再回馈给电机轴,或者是电网当中.有助于提高传动系统的效率.其特点为:其特点主要为:变频器容量比较小,并不是流过所有的功率,而是只流过转差功率,一般情况下按照发电总功率的25%左右选取变频器,损耗比较小,而且投资不大,可以将发电效率提高2%～3%；比永磁电机重很多,而且只能使用双馈电机,效率不高,同时还需要变速箱；由于功率是双向流过变频器的,所以对变频器要求较高,要求是四象的,论文范文较高.通常使用交一直一交变频器、交一交变频器和矩阵变频器.
另外,随着国外大型海上风电场的出现,电力电子技术在电力系统结构中的作用越来越明显,而电力电子系统对海上风电场的控制方面的作用越来越重要.主要是采取电力电子变频器,实现对海上风电场的有功和无功的控制,使风电机组始终以变速状态在运行,实现捕捉最大风能的目标,进而提高输出效率.
4. 结语
总之,随着电力电子技术的快速发展,电力电子技术在风力发电中的应用越来越广泛,大大提高了风力发电的水平和输出效率,进而使风力发电更为普及,发挥出更大的经济效益和社会效益.
参考文献
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发电机励磁系统:德州雒龙泉风力发电机制造有限公司循环发电系统永动机诞生
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总结：本论文为您写系统发电机毕业论文范文和职称论文提供相关论文参考文献，可免费下载。
发电机励磁系统引用文献:
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[2] 火电厂学术论文怎么写 发电机励磁系统和发电机方面论文范文资料2万字
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