风力发电频率调节相关技术研究 王朋朋

风力发电频率调节相关技术研究王朋朋
摘要：风力发电得到了飞速的发展。

风力发电理解起来非常简单，就是将风能
经过一系列的机械工作，先转化为机械能，然后再做功转化为电能存储起来。

由
于风能是一种可再生的能源，不必担心过渡的消耗，且在转化过程中不会产生污染。

因此现在全世界的国家都在大力发展风力发电，从而达到保护环境保护资源
的目的。

关键词：风力发电；频率调节；系统频率
引言
风力发电是当前较为新颖的发电方式，在使用过程中不会对环境造成污染，
收益率相对稳定。

当前全球的气候都在逐渐变暖，而在这样的背景下风力资源作
为一种较为清洁的能源而被得到了广泛的应用。

当前各国都在积极的研究风力发
电技术，在风力发电机工作的过程中如何有效的控制频率调节是整个风力发电机
正常工作的重点。

1风力发电系统的类型
常见的风力发电系统主要有三种，包括恒速感应发电系统，变速恒频双馈式
发电系统和变速同步发电系统。

恒速感应发电系统在当前使用的最为广泛，这种
系统的构造简单，造价很低，发电过程比较容易控制，后期维护投入非常低；但
是这类系统存在着不能有效控制无功补偿的问题，使得供电效率很低。

变速恒频
双馈式发电主要使用在电力生产中，这类系统的优势在于发电具有较高的稳定性，而且容易控制，不需要无功补偿，成本低的同时对风能具有较高的转化效率；但
是这类系统比较复杂，使得维护比较困难。

变速同步发电系统还处于摸索阶段，
而且造价很高，目前并没有太多的使用，但是该系统具备着不需要无功补偿和稳
定性高的优势，具有较高的潜力。

2我国新能源风力发电过程中出现的问题
虽然我国风力发电产业发展趋势很好，但也出现了一些的问题。

首先在顶尖
技术层面上还比较薄弱，与发达国家还有很大差距，在制造发电设备时，会支付
大量的专利费、生产许可费和技术咨询费，造成了巨大损失。

并且没有大量创新
思想的涌现，造成如今风力发电处于一个相对稳定的瓶颈期。

其次在规划上没有
协调好发展与需求的关系，我国在风电场建设时，没有考虑好当地的消耗能力，
往往出现上网数量少于装机数量的情况。

在2009年新装的机器中，有1/3的容
量没有用户上网，造成大量能量的损失。

同时由于规划不合理，送电也变得困难，这已经严重影响了风力发电的发展。

因此我们国家应该投入大量人力在科研方面，尽快提高高层技术的水平变得十分重要。

企业在经营时不应该仅从利益的方面去
考虑发展，同时也应该考虑到对社会的促进作用。

3风力发电系统频率调节技术
3.1多电平变换器
随着风电系统容量的不断扩大，多电平技术已经逐渐在风电领域普及，成为
了风电系统发展的重要趋势。

目前多电平转换器从拓扑类型上分类，包括二极管
钳位型、飞跨电容型、H桥级联型等。

其中二极管钳位型和飞跨电容型的使用范
围最为广泛，能够普遍适用于风电系统中。

二极管钳位型变换器具有的电平数量
更多，交流侧电压更趋近于正弦，谐波含量也就比较低。

例如：在变换器运行的
过程中，频率器件在电压应力逐渐降低的过程中，二极管钳位型五电变换器的直
流侧电压可以被提高3倍之多，让变换器的容量得到扩大，更符合电机高压化发展。

但是随着电平数的增加，变换器算法的复杂程度也会增加，因此电平数应该
限制在5以内，变换器中若存在电压不平衡，不能只适当调整算法，否则将会提
高系统的复杂程度，降低系统的可靠性，还会让电平数的问题更为突出。

3.2矩阵变换器
目前，三相拓扑结构是矩阵变换器的关键形式，也具有较高的实用价值。

矩
阵交换器作为一个交-交变换器，具有可以四相运行、双向流动的优势，能够满足风电系统的基本要求，这种交换器省掉了直流电容，更有利于变换器的集成化。

目前矩阵变换器最明显的问题在于，使用了大量的频率器件，导致算法调制和控
制换流相对更加复杂，让系统的可靠性降低。

矩阵变换器只能通过调制算法来促
进正常工作，但在遇到故障问题的时候，系统的实时处理能力并不够强，系统的
可靠性不够高。

矩阵变换器电压的利用上还比较低，要想提高电压的利用率，使
用最多的办法就是从输出侧增加谐波分量，但是这样将会影响到电能质量。

因此，在应用矩阵变换器的时候，还需要借助其他技术。

例如：在输入与输出端连接1
个二级管桥形式的钳位电路，形成对主电路的保护，避免主电路受到过电压的损伤。

在变换器的容量比较大的时候，要重视对保护电路引起的重量和体积的增加。

目前矩阵变换器容量还停滞在百千瓦的等级上，还需要加强研究和发展。

3.3Back-to-Back型两电平变换器
在Back-to-Back型两电平变换器的结构中，包含着直流母线、机侧变换器、
网侧变换器等，由于技术发展得比较成熟，被广泛应用在变换器中。

在其中包含
着直流环节，发电机的能量和电网的能量之间有缓冲的机会，机侧和网侧变换器
可以进行解耦，让拓扑结构变得简单，可以操控的器件减少，更有利于数字实现。

在一些大容量的永磁风电系统中，巨大的直流测电容可能会导致增大系统的体积
和重量，导致频率转换器的集成化受到影响。

在直流侧只有两种电平，由此，在
大型风电机组的机侧变换器中，交流端需要加装电抗器，避免电机绕组之上产生
电压。

在网侧变换器中，交流端需要增加滤波器，避免出现谐波污染影响电网。

变换器的结构并不利于扩展容量，变换器的容量受到频率器件性能的影响，也对
系统向大容量发展产生重要影响。

4控制频率调节的方法
4.1实际频率控制的工作流程
在进行风力发电的频率控制过程中，使用最多的手段就是变桨控制。

在实际
使用这种方法的过程中，先对风力发电机阻的整个控制系统进行优化，通过桨距
来进行风速大小的判断。

当风速过于小时，风力发电机组不会做出调整，当切入
时的风速与发电机组的额定风速之间存在差别时，发电机的变速装置就会传感器
发送一个信号，从而对发电机的频率进行有效的调节。

风力发电机的频率控制最
主要的就是建立一个完整的内部控制系统，设置一定的额定频率对实际的发电频
率进行有效的调节。

4.2风力发电技术的发电效率将会不断的提高
随着科学技术的不断研发和改进，风力发电技术也得到了不断的完善和改进。

但是一般风力发电设备一般的使用年限都较短，很难超过二十年，而且这类设备
都具有较高的造价。

并且在安装完成后，还需要对设备进行定期的维护和处理，
极大的降低了设备整体所带来的经济效益。

所以未来风力发电技术在实际工作过
程中发电的效率会不断的增加，通过对设备不断的改进和完善，减小对于整个设
备的负荷。

结语
想要不短的增加风力发电的规模，就需要不短的对风力发电技术进行不断的改进和完善，以此来提高风力发电的效率。

在对风力发电机的频率进行控制的过程中，相应的技术人员需要对风力发电机实际的工作环境进行考察，对风力发电机组的内部结构进行不断的优化和改进，从而有效的提高风力发电设备的稳定性和高效性。

参考文献：
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