秦荣云
国家电投集团广西电力有限公司桂林分公司 广西壮族自治区桂林市 541100
摘要：风能属于可再生能源，能够缓解能源危机，就生存环境加以改善。现如今风力发电技术逐步推广应用，对于风力发电效率和电能质量都提出了较高的要求，这就需要对电力电子技术加以科学化应用。本文就风力发电中电力电子技术的价值进行阐述，进一步探究风力发电中电力电子技术的具体应用，旨在促进风能的可持续使用，促进风电行业稳定发展。
关键词：风力发电；电力电子技术；应用
风力发电有着广阔的发展空间，风电规模逐步扩大，其中电力电子技术发挥着重要的作用。以电力电子技术为支持，能够促进风能向电能的转化，提高输电与用电的稳定性。在风力发电领域内，通过电力电子技术的科学化应用，能够促进现有问题的顺利解决。
一、风力发电中电力电子技术的价值
（一）改善发电系统性能
在风力发电系统中，电力电子技术的应用，能够将发电阶段电压波动降低，保证风力发电系统在发电阶段运行的平稳性。就变速恒频发电技术来看，能够将风力发电系统失速状态加以改善，保证有功功率与无功功率控制的实现，并网难度明显降低，促进不稳定风能向稳定电能的转变，风力发电系统运行的安全性得到保障，降低意外事故发生几率。与此同时，以电力电子技术为支持，能够稳定风力发电系统所输出电流，电流传输中的损耗问题也得以降低。
（二）提高输电系统性能
风力发电系统中，储电系统是其中重要组成部分，以电力电子技术为支持，通过蓄电池储能方式来储存可用电能，保证操作的灵活性与安装的便捷性，在不同地区有着广泛适应性。基于电力电子技术出发，结合风力发电系统需求来对蓄电池进行选择，监测蓄电池电压及电池容量，向蓄电池中储存风力发电系统所产生电能。若风力发电系统的发电量较大，可以超导线圈储能为辅助，向蓄电池中存储电能，不会损害蓄电池，因而应用范围广阔。
（三）提升输电线路效率
风力发电系统中，电力电子技术的应用能够促进输电线路输电效率的提升，降低电能损耗，保证电压的稳定性，促进风力发电系统安全运行。在电力电子技术应用过程中，以柔性交流输电为支持，能够掌握风力发电系统输电的关键点，以HVDC技术为支持，能够通过异步并网方式转化高压电流，保证输电效率，远距离输电电流的安全系数更高。
二、风力发电中电力电子技术的具体应用
（一）恒速恒频风力发电系统
在风力发电系统中，恒速恒频发电技术得以广泛应用，能够促进电能稳定转换。恒速恒频技术操作简单，具有良好的经济性，通过机组叶片转动将风能向电能转化。恒速恒频风力发电系统中，以可控硅方式来实施控制，对恒速恒频发电机组的电流、电阻大小加以调整，进而调节叶片转动速度。此种控制方式较为简单，但存在一定不足，随着风速的快速升高，以桨叶为辅助将风能向主轴、齿轮箱及发电机等部件传送，机械应力较大，极易导致部件疲劳损坏。在风电机组运行过程中，无法调整电压，电压支撑能力不足，一旦电网出现故障，系统电压恢复难度较大，系统稳定性不足。恒速恒频风力发电系统中，风速波动会导致电能敏感波动，随着风速的变化，极易导致风电机组电能质量问题出现，一般通过静止无功补偿器SVC或TSC来实现无功调节，启动阶段发电机电流可通过软启动加以控制，恒速恒频风力发电机组原理如图1所示。随着电力电子技术的逐步发展，风力发电系统中逐步采用变速恒频风力发电系统。
.png)
（二）变速恒频风力发电系统
就变速恒频风力发电系统来看，在不同的风速变化下，风力机能够保持不同旋转速度，力矩脉冲幅度得以减小，对风力机的机械应力也明显降低，低风速下空气动力噪音减少，可发电风速下风力发电机组所获得的功率输出最佳。在风轮机加减速时，能够缓冲风能变化，减小输出功率的波动。基于控制策略来对有功无功输出功率实现解耦控制电压控制能力良好，为电网的稳定安全运行提供保障。双馈异步发电机的风电机组应用较为普遍，永磁多极同步发电机的风电机组技术也逐渐成熟化。双馈异步发电机系统下，风电机组原理及永磁多极同步发电机风电机组原理分别如图2、3所示。
.png)
发电机与电网之间连接电力电子变频器，单独控制有功与无功，风速变化得以保证，电能输送质量也得以提升。不同风电机组类型下电力电子变频器的位置也有所不同。在风电机组采用双馈异步发电机的情况下，将电网接于定子侧，将交流励磁置于转子侧，对发电机转矩加以控制，通过转子电流频率控制来保证定子频率的恒定。风电机组采用永磁多极同步发电机时，发出的交流电存在频率变化，可以整流器为支持，促进直流电的形成，之后在逆变器的作用下促进交流电的产生，保持频率恒定，电力得以进入到电网中。此时并网阶段不存在电流冲击，能够对发电机无功功率加以调整，但必须保证变频器容量与风力发电系统容量一致，成本较高，需要电网中注入高频电流谐波。变速恒频风电机组的运行，促进电力电能质量的提升，成本提高，但能够为整个风电系统的稳定运行提供支持。
（三）变速恒频风电机组的控制技术
变速恒频风电机组中，控制系统的设计效果直接影响着机组功能的发挥。变速恒频风力发电系统中，发电机侧变流器的应用，基于一定控制方法来促进交流电向直流电的转换。在直流环节，一般采取恒定电压控制。电网侧变流器方面，通过控制方法的应用，促进直流电向三相正弦交流电的转变，电网功率因数也得到有效补偿。
双馈电机的变速恒频方案中，以转子电路为支持，所流经功率为转差功率，是由交流励磁发电机转速运行范围所决定的，在定子额定功率中占据一小部分，变频器成本控制难度明显降低。永磁多极同步发电机采用永磁式结构的转子，基于定子电路可实现变速恒频控制，在变频器支持下，将永磁发电机的交流电向电网同频率的交流电转化，变频器容量等同于系统额定容量，系统运行的可靠性更高。
三、结束语
电力电子技术在风力发电中具有良好的应用价值，能够改善发电系统与输电系统性能，促进输电线路效率的提升。在风力发电中对于电力电子技术的应用，可从恒速恒频风力发电、变速恒频风力发电等方面入手，提高风力发电系统电能转换效率，保证用电的稳定性，促进风能的广泛应用。
参考文献：
[1] 李雅倩, 茹意, 何瑶. 风力发电中电力电子技术的应用[J]. 科技风, 2018, 000(017):202,211.
[2] 潘特. 电力电子技术在风力发电中的实践运行探讨[J]. 百科论坛电子杂志, 2019, 000(002):516-517.
[3] 刘越. 新能源时代电力电子技术在风力发电中的应用探索[J]. 科技经济导刊, 2020, v.28;No.707(09):37+40.
[4] 范圆成. 浅谈风力发电中电力电子技术的应用[J]. 科学与信息化, 2019, 000(024):5.