电力电子技术在风力发电中的应用

电力电子技术在风力发电中的应用
摘要：电力电子技术在电力工业中得到了广泛的应用，推动了新能源技术的
迅速、稳定发展。

近年来，由于新材料的不断革新与发展，许多新的电学器件及
材料已被广泛地应用于电力系统。

但是，高效的风电系统对设备的使用也有较高
的要求。

其中，电力电子技术相对于传统技术来说，具有许多优点，可以有效地
解决风电系统的问题。

关键词：电力电子技术；风力发电；应用
1电力电子技术的具体内涵
从某种意义上说，凡是与电力开发有关的技术，都可以统称为电力电子技术。

其中，在功率电子器件中，半导体材料占据了功率电子器件的百分之五十以上。

另外，因为电路在电力电子中的作用非常大，因此，其基本理论即为电子学。

电
力科技的稳步发展，是中国电力产业快速发展的基本前提。

有关工作人员利用更
换交流变频器来实现对电能设备的控制，从而保证在发电过程中，电流的双向交
互作用和电能的持续性，并进行发电工作，从而实现发电工作的效率最大化。

电
力电子技术的应用与风电以及风电技术的发展密不可分，在很多方面都起到了比
较关键的作用。

风力发电技术推动了目前新能源技术的发展，但因技术的不成熟
而导致的诸多问题，然而，随着风力发电业务的发展，目前已成为可持续社会能
源的重要来源。

2再生风能源发电系统中的电力电子技术
风力发电最大的特点就是要有足够的风能，这就导致了风电的发电站距离很远，在传输技术上也出现了问题，现在最常用的方法就是用交流供电，但缺点很多。

未来的风电场传输技术，就是高压直流技术，它可以实现异步网络的互联，
性价比高，结构优越，对环境的适应性也更好，未来的风电场将会得到广泛的应用。

目前国内的风电系统采用的是异步风电机组，它不需要手动操作，而是通过
计算机直接控制，并且对风力发电的各项参数进行设置，只要在系统运行中遇到
问题，就能及时处理。

变速恒频风电是目前国内应用最广的风电设备，国内对此
已有多年的研究，对此也有一定的了解，通过对其进行合理的优化，可以有效提
升风电的效率，同时也可以确保电能的品质，为国内的电力工业提供有力的支持。

另外，在风电系统中引入电力电子技术，可以有效地改善风电机组的运行效率，
保证电网的供电质量，这对我国的电力行业发展起着十分重要的作用。

风力发电
具有清洁、无污染、储量大、因此它在风电领域的应用越来越广泛。

由于我国的
人口不断增加，居民的用电量不断增加，传统的燃油燃烧方式由于其效率低下、
供电质量差等问题，已经难以适应人们的需求，而风力发电则是一种既能增加电
力利用率又能增加电力的有效途径。

而且还可以保证电力的品质，为社会提供足
够的电力。

为了更好地提升风能发电效率，改善电能品质，科学家们将电力电子
技术引入到风能系统中，使得风能发电效率得到了极大的提升，同时也使得电能
的品质发生了变化。

所以，要将先进的电力电子技术大规模的应用到风电领域，
才能有效地解决风能发电中的问题。

3风力发电机的智能控制技术
3.1H∞鲁棒控制技术
风电机组在运行时，如果遇到不稳定的气象条件，其风速和风向的变化将会
引起机组的不稳定运行。

要解决这个问题，就必须对风电机组进行全方位的控制，实现天然风能的高效利用。

针对这一问题，我们提出了一种H∞鲁棒控制方法。

其核心是利用哈迪空间对风电机组的整体控制能力进行提高。

在保证系统符合相
关技术标准的情况下，必须通过鲁棒控制，才能保证风电机组各项性能的均衡。

H无穷鲁棒控制是风电机组安全稳定运行的重要手段，其运用需要对复杂多变的
系统进行严格的数理分析，特别是对模型建立初期可能出现的各种错误情形进行
有效的处理。

当风力发电功率增大、功率增大时，该控制器具有极小的H∞模，
并且整体系统工作在很高的可靠性下。

此外，采用H无穷大鲁棒控制方法，保证
风电机组在不同工况下的运动轨迹与预设值完全一致。

3.2风力发电输电的技术应用
风力发电的动力来自风力，但由于电站大多位于偏远地区，因此，用户、调
度中心和发电机组都会遇到一些问题。

现在最明显的就是交通工具的问题。

在目
前的大环境下，国内的风电厂商都在积极地开展HVDC技术的研发和推广，这是
一项集多种功率电子技术于一体的技术，通过使用可关断器件来达到其最大的效果，也就是GTO可控硅、IGBT等。

同时，采用异步网络化技术，确保了结构比的
优势，降低了对环境的总体需求，降低了生产成本，提高了发电效率。

另一方面，利用PWM等电子技术，从某种意义上确保了高压直流输电的高质量、低成本，有
利于推广和普及HVDC技术。

而柔性交流传输技术(FACTS)则是一种新型的风电传
输技术，它保证了现代控制技术与电力电子技术的紧密结合，可以有效地控制相
关的系统参数，提高电网的稳定性和传输容量。

3.3电力电子技术在风机发电系统储能方面的改造
风能最大的优点就是可再生，可就是这样的优点，也带来了风速和风向的不
稳定。

在电压很高，需要很大的风力和风力为其供电时，无法及时保证所有的风
力和风向都满足要求。

而最好的办法，就是将风力发电当成水来存储，然后在必
要时取出，以确保风力发电的稳定。

当前，太阳能电池因其易于安装和快速蓄能
等优点，已成为世界上最普遍和最普遍的风电储能系统。

这种储存能量的方法，
虽然有很多好处，但也有一个很大的缺陷，那就是不能一直持续下去。

电池的电
量是有限度的，在其自己的电量用完时，就必须进行更换，而从电池将自身的电
量用完到换上新的电池继续供电，风机发电系统都是在停电的，这个时间不长，
但还是给人们的工作和生活造成了很大的不便。

针对这个问题，有关专家也曾试
图用超导线圈储能方式来取代电池储电方式，然而，尽管超导线圈储能可以解决
持续供电的问题，但因为其技术还不成熟，所以无法在国内推广。

鉴于风电的不
稳定特性，采用不间断传输能量的能量存储模式也是未来需要解决的问题。

不间
断地提供电源，就是要确保在发生故障时，风机发电系统仍然可以继续供电。

从
不间断电源的结构出发，并与现代的电力电子部件相结合，可以使风机发电系统
的储能能力得到极大地提升。

在我国，因为地理条件以及风机发电系统的不完善
等原因，经常会出现电力供应不足的情况，而使用不间断电源可以对这些地区的
电力供应起到很大的作用。

3.4风力发电滤波、补偿的应用
风电机组在使用中，极易发生闪变、电源波动、电网的谐波污染，必须对其进行补偿或滤波。

现有的两大滤波技术主要有主动滤波器和静态无功补偿。

有源滤波器APF的核心思想是选择有关的开关元件，并严格按照坐标转换的原则，对被测对象的电压和电流进行有效的补偿。

APF可以在某种意义上修改负荷所需要的主要电力供应方式，并将其转换成电力控制，进而生成电力。

静止式无功补偿SVF技术是目前世界上比较先进的一种技术，它的关键在于采用电力电子器件中的高频切换实现对电力系统的无功进行补偿。

在特定的用途中，可以迅速地追踪到实际的负载变化情况，并采取相应的无功补偿措施，从而有效地改善了电网的电压波动，并持续地改善了电网的总体品质。

4结论
随着时间的推移，传统的风电控制技术已经不能满足现代社会和经济发展的要求，风电控制技术必须朝着更加科学和智能化的方向发展。

天然可再生的洁净能源在全球范围内得到了广泛的重视，而没有新能源的支撑，风电机组及其控制技术就无法满足人们对风电机组的需求。

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