电力电子技术在风力发电中的应用(信息检索实验报告)

电力电子技术在风力发电中的应用宋作者名学校系名，城市(邮政编码)(五号抄宋)摘要：风力发电在可再生资源中最具开发条件，清洁无污染，施工周期短，投资灵活，占地面积少，具有良好的社会效益和经济效益，已受到世界各国政府的重视。 在风力发电推广中，电力电子技术发挥了非常重要的作用，是风力发电发展的关键技术之一，应用电力电子技术和控制技术是有效的实现手段，本文总结了多种风力发电应用的电力电子部件和控制技术，分析了不同方法的特点、功能和发展。 重点介绍了电力电子技术在风力发电中的主要应用、变速恒频风力发电系统、风力发电运行方式等，最后展望了风力发电的前景。关键词：电力电子技术风力发电可再生资源控制技术变速恒频powerelectronicsinwindpowerapplicationAuthor name (小四号)Author address号)abstract : windpowerisarenewableresourcedevelopmentinmostconditions，due to its clean and pollution-free，short construction period， investment flexibility，small footprint， withagoodsocialeffectandeconomicbenefit世界应用程序是风力发电，thepowerecontellectrolentionthedeventofwindpowerisofthekeytechnololo nofpowerecontellectrontectionisaneffectivemeansofachieving thispreparessummarizestheapplicationofwonpowerverllalpowerelectronics logy analyofthecharacteristicofaeachmethod fincentanddevelopment.andhighlightsthepowerecontersforwindturbinesinthemainapplication onsconfigurationpowergenerationsystems，wind power in modes of transport，the last of the wind power prospect .keywords : powerelectronectronivesresourcesofwindowpowervirevarivesconfig0 .引言随着经济的发展，环境保护意识不断增强，开发和利用以风能为代表的各种可再生能源已成为人类解决生存问题的战略选择。 风力发电技术是目前最成熟的可再生能源发电技术之一，也是许多国家重点开发的新能源发电技术。 风能是清洁、可再生、储量大的能源，为缓解能源危机和供电压力，改善生存环境，于20世纪70年代中期以后得到重视和开发利用。 风力发电有许多独特优点：施工周期短、投资灵活、实际占地面积少、对土地要求低等，但在并网、输电、风机控制等方面仍存在问题，阻碍了风力发电的广泛应用。 因此，必须将先进的电力电子技术大规模应用于风力发电，有效解决现有问题，使风力发电成为电力行业的主力。 本文从不同角度阐述电力电子技术在风力发电中的应用。1 .电力电子技术和风力发电机系统用于简易性和鲁棒性、失速或主动失速控制的恒速风力发电机系统是2003年以前最常见的系统。 主动失速控制主要应用于额定功率超过1 MW的大机组，其标准结构为齿轮变速器和无功补偿电容器机组。 但是，该系统还存在输出高度不稳定性和变速器消耗等缺点。在阐述了恒速风力发电系统的缺点之后，倾向于使用变速恒频风力发电系统。 目前，具有双馈感应电机的变速恒频变桨距调节系统(DFIG )流行，在风力发电机系统中占有重要地位。 这与恒速风力发电机系统相比，可以节约静止无功补偿器，获得更多的电力，提高电网的电能质量。 基于多功率电子变换器和多极同步电机的变速调节系统现在仍很普遍。 因为可以忽略变速箱，所以其结构很有魅力。 此外，还有使用单一变速器和多个电力电子变换器的感应电动机系统，但其使用范围很广。2 .变速恒频风力发电系统变速恒频风力发电系统通过改变节距控制风车，使整个系统在宽转速范围内以最佳效率运行，是当前风力发电发展的趋势。 变速恒频风力发电机组的主要特点是：(l )采用电力电子逆变器，因此变速恒频风力发电机组的结构比较复杂，(2)通过跟踪最大功率点，风力发电机组以可发电风速获得最佳功率输出，提高了发电效率(3) 风力涡轮机可根据风速的变化以不同的转速旋转，减少了转矩的脉冲宽度和对风力机的机械应力，降低了机械强度的要求(4)风力涡轮机的加速减速对风力的快速变化起到了缓冲作用，减少了输出的变动。 (5)通过以一定的控制策略(例如svPwM控制)对风力发电机的有效无效输出功率进行灾害控制，能够分别控制风力发电机的有效无效输出，具备电压控制能力。 最后两点非常有利于电网的安全稳定运行，综合上述特点，变速发电机组适用于大功率，通常大于IMW系统。两种变速恒频发电系统的变速恒频系统主要分为同步风力发电系统和异步风力发电系统。 所述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组转子异步发电机系统. 永磁同步发电机采用永磁代替转子励磁磁场，其结构比较简单坚固。 永磁同步发电机变速恒频风力发电系统通过控制整流逆变器装置，将发电机输出的逆变器变压交流转换为满足电网要求的恒频恒频交流。 其典型结构如图1所示。图1永磁多极同步发电机风力发电单元的原理框图采用电励磁的同步风力发电系统如图2所示，发电机的定子通过电网与逆变器连接，转子采用AC/DC整流装置对发电机进行励磁。 发电机可以由变速器驱动，也可以直接驱动。 变频器图2电励磁同步发电机风力发电单元原理框图同步风力发电机系统的特点是：(1)发电机发电的所有功率都通过转换器，转换器容量需要以100%功率选择，比双馈系统容量大，投资和损耗大，难以吸收谐波(2)可以使用永磁发电机，电机轻，效率高而且采用直接驱动的结构形式，能够去除重的变速箱(3)功率转换器为单象限，结构简单。 采用绕组式异步电机的变速恒频风力发电系统(双馈风力发电系统)的典型结构框图如图3所示，可再生幼儿电气电子技术在风力发电中的应用。 这是比较适当的变速恒频方式，定子绕组与电网直接连接，转子绕组由可调频的三相电源励磁，交流励磁控制通过逆变器装置向转子供给三相滑动频率的电流进行励磁，逆变器的电力只是滑动电力，双馈调速将滑动电力输送到电动机轴或电网：(l )逆变器仅流过差动功率，容量小，通常可以在发电总功率的25%左右进行选择(转速变化范围为33%时)，投资和损失小，发电效率提高23%，高次谐波的吸收方便，(2)只能使用双馈电动机， 必须是四象限逆变器，因为重于永磁电动机，效率低，需要变速器，系统整体相对重的(3)逆变器需要双向通电，其价格约为同电容单象限逆变器的倍数。图3双馈异步发电机风力发电单元电路图双馈风力发电方式的双向变频器通常使用矩阵变频器、交叉变频器、交叉变频器IH3！ 的双曲馀弦值。 矩阵逆变器是包括9个直接连接在三相电源和三相负载之间的开关阵列的正交变换器。 矩阵变换器没有中间直流链路，功率电路简单紧凑，输出由电源三级构成，能够输出振幅、频率、相位和相位可控的电压，谐波含量少。 矩阵变换器的输入功率因数可控，可在四象限工作，适用于变速恒频双馈风力发电系统。 矩阵转换器的电压传输比只有0.866，但在电压要求低、励磁电压可灵活设计的双馈发生器中的应用没有影响。 矩阵变换器有很多优点，但在其换流过程中不允许两个开关同时接通或断开的现象，难以实现。 器件耐压高也是这种转换器的一大缺点。 应用于风力发电时，矩阵变换器的输出困惑，负载侧和电源侧的非对称性都会影响到相反侧。 此外，矩阵变换器的发送侧必须连接滤波电容器，该电容器的电容为交流电容器，所以必须能承受开关频率的交流电流，其体积不小。 交单交逆变器多采用晶闸管自然换流方式，工作稳定可靠，与电源之间易于进行无功功率交换和有效功率再生，是四象限逆变器，其无环流系统的最高输出频率是电网馈电频率的1/2。 交流逆变器具有无中间直流滤波、逆变器效率高等优点，在双馈变速恒频风力发电系统中得到了一定的应用，但由于交流逆变器中晶闸管采用自然换流方式，因此逆变器始终吸收无功功率，功率因数低，高次谐波含量大交变逆变器分为电压型和电流型，在控制方法和硬件设计等多个方面，电压型逆变器的应用广泛。 传统的电流型交直流变换器采用自然换流晶闸管作为功率开关，其直流侧电感比较昂贵，而且应用于双馈调速，过同步速时需要换流电路，即使在低转差频率条件下性能也差，很少应用于双馈异步风力发电。 采用电压型交直流变换器，该整流变换装置具有结构简单、谐波含量少、定子功率可调等优点，能明显改善双馈发电机的运行状况和输出功率质量，且该结构在直流母线侧电容器中完全实现了网侧和转子侧的分离。 提出的电压型交变换器双馈发生器定子磁场方向矢量控制系统实现了基于风机最大功率点跟踪的发电机有效和无效解耦控制。 是目前变速恒频风力发电的代表性方向。3 .分频输电技术分频输电技术是我国学者王锡凡教授1994年提出的一种新型输电技术1 . 众所周知，能够传输的功率是有限制的。 限制输电线路输电能力的因素主要有机械极限、热极限、稳定极限3个。 所谓机械极限，是指输电线需要一定的机械强度，如果输电线细，电线的支撑体(如铁塔)弱，则输电能力受到限制，即使暴风雨也不适用。 热极限是考虑低压配电的主要原因，导线细的话，导线无法承受过大的电流，有可能烧坏。 但是，在电压相对较高的输电系统中，由于散热条件良好，即使是机械理由，导线也不能变细，完全没有考虑到热极限。 因此，决定一条输电线路的输电能力主要是稳定极限。 已知电能在导线中以电波的形式传输电能，始端与终端之间存在一定的相位差。 输电线路输电功率的最大值由下式决定PMAX=U1U2 /X (1)式中，U1和U2分别是输电侧和受电侧电压，一般两者大致相等，因此U2； x是输电线的阻抗，几乎忽略其中的电阻成分，就接近L。 即，分频功率传输的基本原理和理论依据是，功率传输线的功率传输能力与L成反比，即与电路的角频率成反比。 分频是通过低旋转的发电机发出分频电力(例如50/3Hz )来实现的，通过低频升压变压器进行升压，经由输电线路输送电力至远处。 因此，该输电方式称为分频输电。 分频后电力被发送到末端，通过倍频电路将分频后的电力变换为商用频率电力并提供给末端的电力系统. 分频输电系统的重要设备是倍频电路，以往设想采用强磁性型三倍频变压器，因此将分频频率设定为50/3Hz。 如上所述，线路的传输容量可以几乎是3倍，并且接近线路的热极限。 随着电力电子技术的发展，改变频率并不是很困难，所以不一定要将分频设为1/3商用频率，而是可以将分频功率转换为低频功率传输。 然而，由于1/3商用频率是适当的分频频率，即使使用电力电子设备，通常也维持50/3Hz，因此，该新的输电方式大多成为分频输电。四.未来趋势风力发电机的大小增大意味着叶片的直径相应地增大，主轴速度降低。 这将推动齿轮箱的新发展和新型多极发电机的研究。 齿轮箱也可以是磁性事故，这是一个新的发展。 齿形发电机与电网之间的互连由电力电子实现，目前广泛应用的拓扑是双馈电感发电机，目前争论的焦点是全功率转换器(不包括t价格)作为电网连接，发电机与电网之间隔开。 电力变换器已进入人的中压时代，小型化，接近于使用循环储备电力变换器。 中压拓扑可以与多相发电机一起改善冗馀性和可靠性，也可以是部分电力电子和发电机的结构。 风力发电所包括很多风力发电机，通过直流和交流。 这是一个开放的问题，特别是能量运输到离岸很远的地方。 风庄的控制是先进的，最新的努力已经运行三角工作模式，多馀的有效功率一直提供