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电力电子技术在风力发电中的应用

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电力电子技术在风力发电中的应用

摘要：企业日常运作、人们生活学习等诸多环节都离不开电力，可以说电力推动了社会发展，同时也在经济增长中发挥了非常重要的作用。随着电力电子技术逐渐完善，除了满足人们生活、工作、学习日常用电需求以外，节能降耗也越来越受到重视。本文首先探讨电力电子技术概述，其次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

引言

国民经济增长速度越来越快，电力行业成为经济支柱产业。随着水力、风力、核能、地热能等新能源发电快速发展，电力系统中电力电子技术的应用范围越来越广，优势也更加突出。电力电子技术在风力发电中发挥了极其关键的作用，推进了风力发电的改革。虽然目前我国电力电子技术的应用正处于摸索前进阶段，但是其在风力发电中有着较好的应用前景。

1电力电子技术概述

1.1电力电子技术的功能

电力电子技术具有较强的专业性，其优势体现在能够对电能进行高效转化并且实现对电能的控制，如今在多个领域得到十分广泛的应用。电力电子器件由多个部分共同组成，其中以大功率半导体开关和高斯型轨道为主。这部分器件能够实现对电能功率的转化，相较于普通的信息电子技术而言，电力电子技术具有绝对的应用优势，能够实现对电力资源的转化，而传统的信息电子技术仅能对数据信息进行处理。

1.2电力电子技术的分类 按照功能对电力电子技术进行分类可以分为电力电子制造技术和电力电子变流技术。电力电子制造技术顾名思义是对电力电子器件进行制造的技术，变流技术则是对电流进行逆变和整流的技术。不同类型的电力电子技术有不同的特点，应用范围也有一定区别。目前，电力电子制造技术的应用范围在不断拓宽。电力电子技术最为显著的特点是功率大，因此在一些工业领域，其有十分显著的应用优势。在对电力电子器件进行制造时，通常会采用晶硅类半导体材料。随着科学技术水平的不断提升，如今电力电子技术中会融入大量的微电子学技术。对微电子学技术进行合理应用，能够完善电力电子器件的功能，进而满足电力转换的实际需求。

1.3电力电子技术的良好性能

（1）能量转换和控制高效。例如，利用开关管控制电源电压的有效值，可以使电源电压始终保持在最优工作范围，从而实现高效的电能转换。（2）可靠性高。功率电子器件的可靠性高，其寿命长、故障率低，可以保证电气系统的长期稳定运行。此外，电力电子技术可以通过智能化控制实现对电气系统的自动化控制，减少人工干预的误差，进一步提高了电气系统的可靠性。（3）灵活性和可变性强。功率电子器件的开关控制可以根据不同的工作需求进行调整，实现多种工作状态的切换，如变频控制、PID调节等。这种灵活性和可变性可以使电气系统的适应性更强，适应不同的工作条件和环境。

2电力电子技术在照明系统中的应用前景

2.1光伏发电的高效使用

在很多传统建筑中景观照明设计以灯光色彩的搭配为主，虽然也能够满足基本的照明需求，但是电能浪费现象普遍存在。光伏发电可充分发挥照明与光伏的优势，一方面能够增强照明自然感，另一方面可以达到节能降耗目的。通常情况下，在建筑照明设计的过程中，会在建筑物顶部安装太阳能光伏发电系统，并与照明系统结合。在光伏发电的应用中要强化建筑物与光伏发电系统的集约化，使用多种多样的供电方式，在清洁能源支持下达到节能减排目标，在高效使用光伏发电系统的同时，提高照明系统的工作效率。在现代城市发展中，光伏发电在照明系统中有着较好的发展前景。

2.2单调性照明的多元化发展

在现代化社会的发展进程中，人们对于照明的要求越来越高，照明需求日益丰富，如景观照明既要保证基本功能性，又要追求美感。单调性照明很难满足人们的需求，电力电子技术在照明系统中的应用逐渐呈现多元化发展趋势。当前，绿色照明设计方法以采用自然光照为主，除此之外还要模拟自然光照环境，例如模拟树荫空间光照，增强照明舒适感及和谐感。绿色照明需求的多元化也推动了电力电子技术在照明系统中多样化的应用，自然化、人文化、生态化、融合化成了未来主要发展趋势，这样才能满足人们的高品质要求，借助照明系统营造舒适、自然的生活及工作环境。

3电力电子技术在风力发电中的应用

3.1风力储能系统技术改造

电力制造需要风力发电系统的运行，首先，技术人员需要优先解决风力方向以及风速不稳定问题，同时还需要注重风力能源应用时间的延长。其次，因实际发电过程中无法保证风力长期处于风量较为充足的状态，所以技术人员需要注重风力储能系统技术的改造问题，尽可能通过提高技术改造水平而保证风力发电的稳定性以及安全性等。最后，现如今，国内常用的风力储能系统技术主要是能源储存模式，该模式电力来源于蓄电池，且系统操作流程较为简便，风量储能效果良好。但是，从现有的风力发电技术角度进行分析，风力储能系统的运行具有突发事件发生概率较大的安全隐患，技术人员需要使用不间断供电的方式进行隐患排查，以此可以提升风力储能系统运行的稳定性。与此同时，不间断供电方式可以在系统运行期间保证电力储能充足，且电力供应稳定，进而可以有效提高电能储存效率。

3.2风力发电滤波补偿技术 在风力发电过程中，风力发电机组容易受配电网络谐波的污染，如若污染较为严重，不仅会影响发电机组的运行效率以及运行稳定性等，还有可能会出现电源波动故障或闪变故障等，其在一定程度上会影响风力发电效果。为此，电力企业技术人员需要利用电力电子技术对滤波以及补偿现象进行处理。当前，常用的滤波及补偿处理技术有两种，一种是有源电力滤波器，另一种是静止无功补偿器，前者英文简称APF，技术应用需要科学选择电力电子器件，同时还需要遵循坐标变换原理，及时补偿电流、电压。此外，APF具有改变负荷电源方式的功能，其可以在电源系统关闭的情况下产生电流。后者，静止无功补偿器英文缩写为SVF，其属于先进技术，针对无功补偿任务的完成主要是利用电力电子器件中的高频开关功能，该技术实际应用过程中，可以实时对负荷的变化情况进行监测，同时还可以改善风力发电电压波动。

3.3风力发电输出技术应用

风力发电系统设备的运行需要技术人员对其运行的有效性进行考量，同时还需要借助风力能源完成动力能量的供应。为此，风力发电设备系统安装位置较为偏僻，且发电设备运行存在诸多安全隐患，依据国家相关规定，当前国内风力发电主要应用的技术需要进行进一步的研究，即使是我国已经研究出了高压模式下直流输出电流技术，但技术应用水平有待提高。此外，风力发电输出技术的应用对于自然环境要求偏低，且技术应用的性价比较高，相关发电设备运行期间直流输电模式会启动，加之电力电子技术以及IGBT系统晶体管的应用，可以有效提升关断设备运行效率。同时，为保证风力发电输出技术应用质量，技术人员还需要安装以及使用PWM系统，该系统具有降低风力发电电流输电运行成本的作用。

结束语

电力电子技术属于一种新兴技术，主要以电子技术为基础，实现对电能的高效控制。伴随我国科学技术水平的不断提高，电子技术被广泛应用在多个领域，目前已经取得较为显著的应用成果。

参考文献 [1]张立侠.试论电力电子技术在新能源领域的运用[J].电子测试,2020(16):118-119.

[2]于莉.浅谈电力电子技术在新能源发电中的应用[J].电子元器件与信息技术,2020(07):111-112.

[3]崔青恒.新能源时代电力电子技术在风力发电中的应用[J].电子技术与软件工程,2020(13):190-191.

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IGBT在双馈风力发电机励磁电源中的应用

IGBT在双馈风力发电机励磁电源中的应用

IGBT在双馈风力发电机励磁电源中的应用

摘要 IGBT是一种新型电力电子器件，广泛应用于电机节能、轨道交通、智能电网、航空航天、家用电器、汽车电子、新能源发电、新能源汽车等领域。是GTR和MOSFET二者的复合体，结合了二者的优点。1986年投入市场，是中小功率电力电子设备的主导器件，目前，正在继续提高电压和电流容量，以期再取代GTO的地位。

IGBT归类在功率半导体元件的电晶体领域，是电力电子行业的“CPU”。

关键词IGBT 新型电力电子器件 CPU

一．IGBT的结构和工作原理

GRT和GTO是双极型电流驱动器件，由于具有电导调制效应，其通流能力很强，但开关速度较慢，所需驱动功率大，驱动电路复杂。而电力MOSFET是单极型电压驱动器件，开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小而且驱动电路简单。将这两类器件相互取长补短适当结合而成的复合器件，通常称为Bi-MOS器件。绝缘栅双极晶体管（Insulate-Gate Bipolar Transistor,IGBT或IGT）综合了GRT和MOSFET的优点，因而具有良好的特性。因此，自从其1986年开始投入市场，就迅速扩展了其应用领域，目前已取代了原来GRT和GTO的市场，成为中、大功率电力电子设备的主导器件，IGBT第四代产品，制造水平2.5KV/1.8KA，兆瓦以下首选，目前仍在不断发展，与IGCT等新器件激烈竞争，试图在兆瓦以上取代GTO。

IGBT也是三端器件，具有栅极G、集电极C和发射极E。IGBT比VDMOSFET多一层P＋注入区，因而形成了一个大面积的P＋N结J1，这样使得IGBT导通时由P＋注入区N-漂移区发射电子，从而实现对漂移区电导率进行调制，使得IGBT具有很强的通流能力，解决了在电力MOSFET中无法解决的N-漂移区追求高耐压与追求低通态电阻之间的矛盾。其简化等效电路如图1.1a所示。

a) b)

现代风力发电的原理及推广应用前景概论

现代风力发电的原理及推广应用前景概论

现代风力发电的原理及推广应用前景概论

风能作为最具商业化前景的可再生能源，正得到大规模的开发和利用，风力发电相关技术也取得了显著的进步。文章综述了目前风力发电及其技术的发展与应用情况，对风力发电的若干技术问题进行了较详细深入的介绍，最后介绍了风力发电技术发展趋势及前景，为更好地了解国内外风力发电的现状及推广提供参考。

标签：风力发电；原理；应用

引言

风能的利用已有数千年的历史，在蒸汽机出现之前，风力机械一直是动力机械的一大支柱。其后随着煤、石油、天然气等能源的大规模开发，风力机械由于成本高、效率低、使用不便等，逐渐被淘汰。1973年石油危机之后，世界上许多发达国家和发展中国家开始寻求化石能源的替代能源，风能的开发利用又重新被重视起来。国际上经过30多年的科技创新和进步，近年来风电产业已成为发展最快的产业，年平均增长率超过30%。 第一章 风力发电的理论概述 风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。其蕴量巨大，全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。风很早就被人们利用--主要是通过风车来抽水、磨面等，而现在，人们感兴趣的是如何利用风来发电。风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行；我国也在西部地区大力提倡[1]。

1 风力发电的工作原理

把风的动能转变成机械动能，再把机械能转化为电力动能，这就是风力发电。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度（微风的程度），便可以开始发电。风力发电正在世界上形成一股热潮，因为风力发电不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染。

风力发电所需要的装置，称作风力发电机组。这种风力发电机组，大体上可分风轮（包括尾舵）、发电机和铁塔三部分。 风轮是把风的动能转变为机械能的重要部件，它由两只（或更多只）螺旋桨形的叶轮组成。当风吹向浆叶时，桨叶上产生气动力驱动风轮转动。桨叶的材料要求强度高、重量轻，目前多用玻璃钢或其它复合材料（如碳纤维）来制造。 由于风轮的转速比较低，而且风力的大小和方向经常变化着，这又使转速不稳定；所以在带动发电机之前，还必须附加一个把转速提高到发电机额定转速的齿轮变速箱，再加一个调速机构使转速保持稳定，然后再联接到发电机上。为保持风轮始终对准风向以获得最大的功率，还需在风轮的后面装一个类似风向标的尾舵。 铁塔是支承风轮、尾舵和发电机的构架。它一般修建得比较高，为的是获得较大的和较均匀的风力，又要有足够的强度。铁塔高度视地面障碍物对风速影响的情况，以及风轮的直径大小而定，一

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

第９卷第１２期　２００６年ｌ２月　电涤箍　石Ｉ１日　ＰＯＷＥＲ　ＳＵＰＰ【　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ　ＡＮＤ　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＳ　Ｖｏ１．９　Ｎｏ．１２　Ｄｅｃｅｍｂｅｒ　２００６　电力电子技术在风力发电中的应用　陈忠斌．　胡文华　（华东交通大学电气与电子工程学院，　江西　南昌　３３００１３）　摘要：随着经济的快速增长和社会的全面进步，我国的能源供应和环境污染问题越来越突出。开　发和利用可再生能源的需求更加迫切。风能作为可再生能源中最重要的组成部分和唯一经济的发　电方式．由于其清洁无污染、施工周期短、投资灵活、占地少，具有良好的社会效应和经济效益，已　受到世界各国政府的高度重视。随着现代电力电子技术以及变频调速技术的迅速发展，其在风力　发电中的应用也更为广泛。重点介绍了电力电子技术在风力发电中的主要应用，包括风力发电系　统的分类；双馈风力发电双向变频器的优缺点；风力发电的输送方式等。最后对风力发电的前景进　行了展望。　关键词：电力电子技术；风力发电；恒速恒频；变速恒频；双馈发电机　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｐｏｗｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎ　Ｗｉｎｄ　Ｐｏｗｅｒ　ＣＨＥＮ　Ｚｈｏｎｇ—ｂｉｎ，ＨＵ　Ｗｅｎ—ｈｕａ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｅａｓｔ　Ｃｈｉｎａ　Ｊｉａｏｔｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，　Ｎａｎｃｈａｎｇ　Ｊｉａｎｇｘｉ　３３００１３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ｏｆ　ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｏｆ　ｓｏｃｉｅｔｙ，ｔｈｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｕｐｐｌｙ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ａｎｄ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｐｏｌｌｕｔｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｂｅｃｏｍｅｓ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ｅｘｔｒｕｄｅ．Ｓｏ　ｔｈｅｒｅ　ｉｓ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ｉｍｐｅｎｄｅｎｃｅ　ｎｅｅｄ　ｔｏ　ｄｅｖｅｌｏｐ　ａｎｄ　ｕｔｉｌｉｚｅ　Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ　Ｅｎｅｒｇｙ．Ｗｉｎｄ　ｅｎｅｒｇｙ　ｉｓ　ｂｅｃｏｍｉｎｇ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｐａｒｔ　ｏｆ　ｒｅｎｅｗａｂｌｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｕｎｉｑｕｅ　ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｐｏｗｅｒ　ａｎｄ　ｉｓ　ｂｅｉｎｇ　ｐａｉｄ　ｍｏｒｅ　ａｔｔｅｎｔｉｏｎ　ｂｙ　ｇｏｖｅｒｎｍｅｎｔｓ　ａｌｌ　ｏｖｅｒ　ｔｈｅ　ｗｏｒｌｄ　ｂｅｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｉｔｓ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｃｌｅａｎｉｎｇ，ｓｈｏｒｔ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ，ｆｌｅｘｉｂｌｅ　ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｂｅｔｔｅｒ　ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ　ｂｅｎｅｆｉｔｓ　ａｎｄ　ｓｏｃｉａｌ　ｂｅｎｅｆｉｔｓ．　＊，ｌｏｎｇ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｒａｐｉｄｌｙ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｍｏｄｅｒｎ　ｐｏｗｅｒ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ａｎｄ　ａｄｊｕｓｔａｂｌｅ　ｓｐｅｅｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｓ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｗｉｎｄ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ａｒｅ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｓｐｅｃｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｗｉｎｄ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｏｗｅｒ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；ｗｉｎｄ　ｅｎｅｒｇｙ　ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ；ｃｏｎｓｔａｎｔ　ｓｐｅｅｄ　ｃｏｎｓｔａｎｔ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ｖａｒｉａｂｌｅ　ｓｐｅｅｄ　ｃｏｎ－　ｓｔａｎｔ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；ＤＦＩＧ　中图分类号：ＴＫ８９　文献标识码：Ｂ　文章编号：０２１９—２７１３（２００６ｌ１２—００２２—０５　Ｏ　引言　随着经济的快速增长和社会的全面进步，我　国的能源供应问题引起国内外的极大关注。从　２００２年以来，煤、电、油供求关系明显趋紧。其中，　电力短缺的局面已经持续近４年．２００６年上半年　出现拉闸限电的省（市、自治区）已经达到ｌ８个。　收稿日期：２００６—１０—２Ｏ　能源供应不足已成了制约我国经济持续发展的重　要因素。因此，开发和利用新能源和可再生能源是　解决中国能源和环保问题的重要战略措施之一［】１。　在众多可再生能源中，风力发电技术是目前为止　最适用于大规模发电的技术之一。　１　风力发电　

风力发电技术的创新与发展研究

风力发电技术的创新与发展研究

风力发电技术的创新与发展研究

风能是一种非常重要的可再生能源，其在全球能源体系中扮演着越来越重要的角色。在这个过程中，风力发电技术的创新与发展成为了各个领域共同关注的问题。本文旨在探讨风力发电技术的创新与发展的研究。

1.风力发电的应用背景

风力发电技术是一种非常常见的技术，其运用风能发电，实现能源的转化和利用，是一种绿色、清洁的可再生能源。近几年来，全球变暖和能源供应紧张的问题越来越受到各国政府和公众的关注，风力发电技术在此背景下得到了广泛的应用和发展。

2.风力发电技术的创新历程

风力发电技术的历史可以追溯到几百年前，但是真正的发展起步是在20世纪70年代。此后，风力发电技术不断发展，经历了几个关键性的创新节点。

1980年代末期，风力发电技术进入快速发展阶段。在该阶段，研究人员们开始尝试各种风力机设计方式，如千叶片型、三角形型和半曲锥型，以及倾斜轴、水平轴和垂直轴等。

1990年代初期，风力机的功率密度显著提高，各种电力输出的控制系统也得到了大幅度改进。这种改进使得风力机的产生能力更加接近于其设计极限。

2000年代初期是风力发电技术最激动人心的发展阶段。各种新的设计形式和制造技术被引入，风力机的效率大幅提高。这一阶段也是新颖的风力机设计形式的不断出现，如风轮、双摆杆制动风力机、折叠式风力机等。

近些年来，随着新的材料技术和智能技术的发展，风力发电技术取得了更加显著的发展。例如，纳米材料的应用使得风力机的叶片更加轻巧，减小了对机架的负荷。同时，信息技术与控制技术的结合，使得风力机的自检测和维护更为方便，提高了发电效率。智能网格的应用也增加了风力发电技术的实用性。

3.未来的风力发电技术创新方向

未来的风力发电技术创新方向将会有很多，以下是一些可能的方向：

3.1 光伏与风能技术的结合

通过在风力机上集成光伏技术，并使用强制升压技术，可以获得更高的能量输出和更好的响应时间。这种混合的能量转换技术将改善风能转换效率，同时可以减小系统的体积和成本。