電力一電子學(PowerEleetronics)、微電子學(MicroElectronics)構成了電子學(Electronics)的主要內容。

新一代電力電子技術的研究內容包括了兩個方面：即新型電力電子器件的開發及其應用。由于這種技術是微電子技術和傳統電力電子技術在高層次上的溶合，吸收了多種科學技術的最新成果，因此被視為一項綜合性較強的技術，得到了人們的普遍關注。加之其明顯的節能、省材、提高生產效率等特點，在美國、日本、西歐等工業發達國家取得了迅速發展。在器件上已擺脫了70年代中期以前單一晶閘管的工作模式，進入了"功率集成"的層次;應用上也已從直流電解、直流牽引、直流傳動等傳統領域擴展到電力傳輸、交流傳動、開關電源、感應加熱、家用電器等諸多新領域。從目前世界的能源結構來看，以資源有限、污染嚴重的石化能源為主的能源結構將逐步轉變為以資源無限、清潔干凈的可再生能源為主的能源結構。太陽能、風能、水能、海洋能、生物質能、地熱能、燃料電池等可再生能源作為新興的綠色能源，以其永不枯竭、無污染、不受地域資源限制等優點，正得到迅速的推廣應用。電力電子技術作為可再生能源發電技術的關鍵，直接關系到可再生能源發電技術的發展¨。可再生能源發出大小變化的直流電或頻率變化的交流電，需要電力電子變換器將電能進行變換。

1 電力電子技術在再生能源發電系統中的應用及發展趨勢

1.1逆變器及并網控制技術

可再生能源發電輸出功率的并網主要采用針對變速恒頻雙饋風力發電機組的AC—AC變換器并網和采用逆變器的并網方式。

I.2太陽能充電控制器.

為提高太陽能發電的可靠性，需配備一定容量的蓄電池組。鉛酸蓄電池組成本較高，且使用壽命有限，若使用不當，會嚴重影響壽命。采用自適應控制算法則能很好地兼顧蓄電池充電控制和太陽能電池最大功率跟蹤控制。

1.3變速恒頻風力發電系統

目前我國風力發電基本都是采用并網型異步風力發電機組，運行方式是不加控制的直接并網運行，風速風向變化時很容易對電網形成沖擊、注入諧波、造成污染，甚至影響局部電網運行的穩定性。解決這一問題的方案是采用變速恒頻控制，即當風速改變引起風輪轉速變化時，仍能保證輸出電能頻率恒定。

風能是潔凈的，可再生的，儲量很大的能源，為了緩解能源危機和供電壓力，改善生存環境，在20世紀70年代中葉以后受到重視和開發利用。風力發電有很多獨特的優點：施工周期短，投資靈活，實際占地少，對土地要求低等，但仍在并網、輸電、風機控制等方面存在問題，阻礙了風力發電的廣泛應用。因此，要大規模的應用先進的電力電子技術到風力發電當中，有效的解決現有問題，使得風力發電成為電力行業的生力軍。

以下將從不同角度展現電力電子技術在風力發電中的應用。

2風力發電系統中的電力電子技術

2.1風電并網技術

風力發電既可獨立運行，也可并網運行。對于獨立運行的風電系統，其可靠性和穩定性不如并網運行的風電，因此風電并網運行成為發展趨勢。風電并網運行與電力電子技術有著密切的關系。通常有兩種與電網連接方式：一是直接與電網相連，二是通過電力電子器件組成的變換器與電網聯接。直接與電網相連的風電場，為了限制異步發電機在并網瞬間出現較大的沖擊電流，配有軟并網裝置，即在異步發電機定子與電網之間每相串入一只雙向晶閘管，并網后由一個接觸器的動合觸頭將其短接。至于采用的風力發電機的類型，目前研究最多的是變速雙饋異步發電機和變速同步發電機，由于它們本身構造上的特點和技術上要求，與電網連接時都需要電力電子技術的支持HJ。

2.2恒速恒頻發電和變速恒頻發電

風力發電系統中，發電機是能量轉換的核心部分。風力發電機系統按照發電機運行的方式來分，主要有恒速恒頻風力發電系統和變速恒頻風力發電系統兩種D1。風力發電機組與電網并聯運行時，要求風力發電機組發出電能的頻率保持恒定，即與電網頻率相等。

2.2.1恒速恒頻風力發電系統

恒速恒頻發電機系統一般采用的是普通異步發電機，這在國外一般被稱為丹麥概念風電機組這種風電機組的發電機正常運行在超同步狀態，轉差率、為負值，電機工作在發電機狀態，且轉差率的可變范圍很小 (<5%)，風速變化時發電機轉速基本不變，所以稱之為恒速恒頻風電機組。恒速恒頻風電機組一般很少采用電力電子變換器裝置。這種風電機組的主要特點為：

(1)系統結構簡單，適合在野外，缺少維護的環境工作;

(2)由于轉速不變，無法進行最大功率點跟蹤控制，發電的效率降低;

(3)當風速快速升高時，由于轉速不變，風能將通過槳葉傳遞給主軸、齒輪箱和發電機等部件，產生很大的機械應力，引起這些部件的疲勞損壞，所以要求堅固;

(4)這種風電機組在正常運行時無法對電壓進行控制，不能象同步發電機一樣提供電壓支撐能力，不利于電網故障時系統電壓的恢復和系統穩定;

(5)發出的電能也隨風速波動而敏感波動的，若風速急劇變化，可能會引起風電機組發出電能質量問題，如電壓閃變、無功變化等。在工程中通常采用靜止無功補償器SVC或TSC來進行無功調節，采用軟起動來減小起動時發電機的電流。

隨著電力電子技術特別是電機變頻調速技術的不斷完善，更多的風力發電系統采用變速恒頻風力發電系統。

2.2.2變速恒頻風力發電系統

變速恒頻風力發電系統通過變槳距控制風輪使整個系統在很大的轉速范圍內按照最佳的效率運行，這是當前風力發電發展的一個趨勢。變速恒頻風力發電機組的主要特點是：

(1)由于采用電力電子變頻器，變速恒頻風電機組結構相對較復雜;

(2)通過對最大功率點的跟蹤，使風力發電機組在可發電風速下均可獲得最佳的功率輸出，提高了發電效率;

(3)風輪機可以根據風速的變化而以不同的轉速旋轉，減少了力矩的脈沖幅度以及對風力機的機械應力，降低機械強度要求;

(4)風輪機的加速減速對風能的快速變化起到了緩沖作用，使輸出功率的波動減小。

(5)通過一定的控制策略(如SVPWM控制)對風電機組有功、無功輸出功率進行解耦控制，可以分別單獨控制風電機組有功、無功的輸出，具備電壓的控制能力。尤其是最后兩點非常有利于電網的安全穩定運行.綜合上述特點，變速發電機組適合用于大功率，通常大于IMw的系統。

2.2.3兩種變速恒頻發電系統

變速恒頻系統主要又分為同步風力發電機系統和異步風力發電機系統。其中同步發電機系統包括永磁同步發電機系統和電勵磁同步發電機系統;異步發電機系統主要是繞線轉子異步發電機系統。永磁同步發電機是利用永久磁鐵取代轉子勵磁磁場，其結構比較簡單、牢固。永磁同步發電機變速恒頻風力發電系統是通過控制一套整流逆變裝置，將發電機輸出的變頻變壓交流電轉換為滿足電網要求的恒頻恒壓交流電。采用電勵磁的同步風力發電系統，發電機定子通過變頻器和電網相連接，轉子采用AC/DC整流裝置給發電機提供勵磁。發電機可以采用變速箱驅動，也可以使用直接驅動。同步風力發電機系統的特點為：

(1)發電機發出的全部電功率都通過變換器，變換器容量需要按100%功率選取，比雙饋系統容量大，投資和損耗大，諧波吸收困難;

(2)可以使用永磁發電機，電機輕，效率高，而且可以采用直接驅動的結構形式，去掉笨重的變速箱;

(3)功率變換器為單象限的，結構簡單。這是一種比較合適的變速恒頻方案，該結構定子繞組和電網直接相連接，轉子繞組由具有可調節頻率的三相電源激勵，交流勵磁控制通過變頻裝置向轉子提供三相滑差頻率的電流進行勵磁，通過變頻器的功率僅僅是轉差功率，雙饋調速將轉差功率回饋到電機軸或者電網，這是各種傳動系統中效率比較高的。其特點為：

(1)變頻器僅流過轉差功率，其容量小，通?？砂窗l電總功率的25%左右選取(轉速變化范圍33%時)，投資和損耗小，發電效率提高2%一3%，諧波吸收方便;

(2)只能使用雙饋電機，比永磁電機重，效率低，需要變速箱，整個系統相對較笨重;

(3)由于要求功率雙向流過變頻器，它必須是四象限變頻器，其價格約是同容量單象限變頻器的一倍。

3結論

隨著世界范圍內能源短缺的加劇，風力發電受到了更多的重視，更多大規模的風電開始接入電力系統，電力電子技術在風電并網及正常運行中發揮了重要作用。通過采用電力電子技術，風電機組的運行特性大為改善;通過有功、無功控制，風電機組可以對系統的頻率和電壓控制起到一定作用;而大規模風電場的并網運行，也將會逐漸降低風力發電的成本，使風力發電更為普及，在經濟和社會發展中發揮出更大的作用。

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