趙艷梅

【摘 要】隨著社會不斷進(jìn)步，環(huán)境保護(hù)和能源資源等方面逐漸受到人們的密切關(guān)注。人類對自然界內(nèi)的可再生資源的利用得到了不斷提升，然而風(fēng)電變流器是人們?yōu)榱藢稍偕L(fēng)能資源進(jìn)行再利用，給人們生存以及發(fā)展帶來更好電能資源。本文概述了風(fēng)力發(fā)電和風(fēng)電變流器相關(guān)內(nèi)容，并且分析了風(fēng)電變流器技術(shù)的應(yīng)用和特殊需求，最后探究了風(fēng)電變流器未來發(fā)展方向，力求給人們對風(fēng)電變流器技術(shù)的發(fā)展提供一定的依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)電變流器；現(xiàn)狀；發(fā)展

一、風(fēng)力發(fā)電與風(fēng)電變流器概述

風(fēng)能和其他可再生能源發(fā)電相對比，人們對其發(fā)電的基礎(chǔ)比較成熟。風(fēng)能發(fā)電是一項(xiàng)科學(xué)前沿的產(chǎn)業(yè)，其為我國定為戰(zhàn)略性的新型產(chǎn)業(yè)。在全球，我國風(fēng)電裝機(jī)持續(xù)增長的速度比較快，持續(xù)增長風(fēng)電裝機(jī)的容量最大[1]。在風(fēng)電發(fā)電機(jī)組當(dāng)中，風(fēng)電變流器是一個大型的核心部件。風(fēng)電變流器的性能直接關(guān)乎著風(fēng)電發(fā)電的狀況。人們?yōu)榱丝梢宰岋L(fēng)機(jī)得到實(shí)用的最好風(fēng)能捕捉，因此選擇在風(fēng)電機(jī)組內(nèi)利用變速恒頻技術(shù)，進(jìn)而成功的利用改良后發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速可以利用風(fēng)力大小智能的進(jìn)行變化[2]。當(dāng)前，主要人們主要是利用風(fēng)電變流器來實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的變速恒頻，其對高電壓以及低電壓穿越還有對電網(wǎng)無功率有所支持。當(dāng)前，不管是國外還是國內(nèi)，并網(wǎng)式的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)用風(fēng)電機(jī)組大多數(shù)都利用了全功率變流器和雙饋?zhàn)兞髌鳌?/p>

二、風(fēng)電變流器技術(shù)的應(yīng)用

1.雙饋?zhàn)兞髌鞯膽?yīng)用

和一些技術(shù)相對比，人們對雙饋?zhàn)兞髌鞯陌l(fā)展還比較成熟和先進(jìn)。雙饋?zhàn)兞髌靼凑沼劳梢苑殖稍S多類拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在人們?nèi)粘５膶?shí)際應(yīng)用過程中，雙饋?zhàn)兞髌髦饕峭ㄟ^電壓源型的雙WPM變換結(jié)構(gòu)為主，其他的結(jié)構(gòu)作為輔助相互進(jìn)行配合。這類結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)為比較靈活，并且可以實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)在比較寬的理想轉(zhuǎn)速范圍當(dāng)中穩(wěn)定的運(yùn)行[3]。除此之外，它的設(shè)計(jì)電流也比較簡單，能夠非常好的利用了交-直-交的方式來更好實(shí)現(xiàn)人們一直想要實(shí)現(xiàn)的兩個變換器之間的解耦。與其他風(fēng)電變流器采用的的技術(shù)不同，雙饋?zhàn)兞髌魇褂玫年P(guān)鍵技術(shù)在于有效利用變流器的勵磁控制策略。在目前，矢量控制策略成為雙饋型機(jī)組中最為常用的控制方法。但是它非常長度依賴于電機(jī)本身參數(shù)，還需要需要詳細(xì)而又準(zhǔn)確的電機(jī)模型。而且雙饋型變流器使用的電路是非線性的，電路在不斷工作的時候會持續(xù)向電網(wǎng)注入諧波電流，那么要如何有效的控制諧波電流也成為了雙饋型變流急需要解決的另外一個關(guān)鍵問題。

2.全功率變流器的應(yīng)用

全功率變流器中的額定功率相對其他變流器而言較多，當(dāng)前的主要有1.5MW，2MW，2.5MW，3MW，5MW，或者6MW。不過人們常用的主流功率是1.5MW，2MW，2.5MW。由于實(shí)際生活中風(fēng)電機(jī)組接入點(diǎn)電壓等級存在不同程度上的差異，人們將全頻功率變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要劃分為兩大類，一類是采用二電平結(jié)構(gòu)，它經(jīng)常被應(yīng)用于生活中的低電壓系統(tǒng)，電網(wǎng)電壓等級一般都在690V以下。另一類則是采用多電平結(jié)構(gòu)，主要應(yīng)用于生活中的中壓系統(tǒng)，電網(wǎng)電壓等級一般都在在590V以上，兩者相互搭配滿足人們的日常需求。二電平變流器和多電平變流器在控制原理上有很多的共同之處。

三、風(fēng)電變流器技術(shù)特殊應(yīng)用需求

1.需具備低電壓和高電壓穿越功能

所謂低電壓穿越，指在風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落的時候，風(fēng)電機(jī)組能夠保持不脫網(wǎng)，甚至還能向電網(wǎng)提供一定的無功功率，直到電網(wǎng)恢復(fù)正常，從而“穿越”這個低電壓時間（區(qū)域）。高電壓穿越則要求在電網(wǎng)短時出現(xiàn)高壓的情況下不能脫網(wǎng)?；鹆Πl(fā)電或水力發(fā)電機(jī)組是可控發(fā)電能源，機(jī)組本身有勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，能維持機(jī)端電壓穩(wěn)定，并入電網(wǎng)的機(jī)組相當(dāng)于電壓源。而風(fēng)力發(fā)電則與之不同，風(fēng)是不可控能源，風(fēng)速的變化造成發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速在大范圍內(nèi)變化。風(fēng)力發(fā)電機(jī)多是異步或永磁式發(fā)電機(jī)，機(jī)組本身無勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，從當(dāng)前普遍采用的風(fēng)機(jī)變流器控制情況來看，并入電網(wǎng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組相當(dāng)于電流源，其輸出電壓取決于電網(wǎng)電壓。當(dāng)電網(wǎng)電壓跌落或恢復(fù)時，不具備低電壓和高電壓穿越功能的風(fēng)電變流器會引起交流側(cè)過流或直流側(cè)過壓保護(hù)而脫網(wǎng)。風(fēng)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)、變壓器等設(shè)備要消耗無功，當(dāng)大量機(jī)組跳閘，會因無功消耗設(shè)備的減少以及送電線路產(chǎn)生的充電功率而使系統(tǒng)電壓升高，很多風(fēng)機(jī)又會因過電壓而跳閘，使事故擴(kuò)大。

2.需具備更高可靠性

風(fēng)電場大都位于交通不便的偏遠(yuǎn)地區(qū)或海上，風(fēng)電設(shè)備及部件的維修和更換較困難，有些變流器模塊還位于塔頂?shù)臋C(jī)艙中，吊裝、拆卸都很困難，再加上風(fēng)電機(jī)組要求具有20年以上的壽命。因此，要求風(fēng)電變流器必須具有非常高的可靠性，在出廠前需要對變流器進(jìn)行全套的安全性和穩(wěn)定性測試，對質(zhì)量要求非常嚴(yán)格。最近幾年多次發(fā)生的風(fēng)機(jī)燒毀事件或安全事故，大多都與風(fēng)電變流器的質(zhì)量缺陷有關(guān)。目前國產(chǎn)風(fēng)電變流器相比國外品牌產(chǎn)品雖有價格上的優(yōu)勢，但無論在技術(shù)上還是在可靠性方面仍存在較大的差距。一些風(fēng)機(jī)整機(jī)廠家在采購了國產(chǎn)變流器，試用一段時間后，由于變流器故障頻繁影響到發(fā)電量，這些廠家不得不再次改用國外變流器。由于供大于求，目前國內(nèi)風(fēng)電機(jī)組價格偏低，風(fēng)機(jī)整機(jī)廠的降本壓力向部件廠商傳遞。風(fēng)電變流器作為風(fēng)電機(jī)組的核心部件，市場競爭激烈，過度降本的結(jié)果已影響到產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，這種現(xiàn)狀應(yīng)當(dāng)引起大家的重視。

3.需能適應(yīng)惡劣環(huán)境

我國幅員遼闊，風(fēng)力資源很豐富，但地域環(huán)境差異較大?，F(xiàn)在風(fēng)力發(fā)電幾乎已在全國各地落根。一些風(fēng)場濕度很大，極易引起凝露造成變流器故障；一些風(fēng)場風(fēng)沙較大，長期大風(fēng)沙極易損壞變流器；一些風(fēng)場建在潮間帶及海上，變流器極易遭受鹽霧的侵蝕而失效；一些風(fēng)場建在極端溫度區(qū)域，極端的低溫或高溫氣侯會造成變流器的結(jié)構(gòu)損壞。這些惡劣的應(yīng)用環(huán)境大大提高了風(fēng)電變流器的設(shè)計(jì)難度，風(fēng)機(jī)整機(jī)廠家都對變流器的防護(hù)等級提出了較高要求，目前一般要求達(dá)到IP54等級。

四、風(fēng)電變流器技術(shù)發(fā)未來發(fā)展

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，風(fēng)電技術(shù)也會不斷的完善和發(fā)展。風(fēng)電變流器的發(fā)展方向會朝著電網(wǎng)友好型，更加智能型，追求高可靠程度。其中最為重要的控制技術(shù)也會得到不斷優(yōu)化，讓它能夠有滿足風(fēng)場電機(jī)組對電網(wǎng)的需求。具備有更好的能夠使用的分布式風(fēng)電幾并網(wǎng)技術(shù)，有效的解決目前風(fēng)電機(jī)存在的開發(fā)利用大規(guī)模集中，遠(yuǎn)距離輸送為主，發(fā)展過程中遇到消耗難，送出難的問題。未來的風(fēng)電變流器也會具有故障智能診斷和遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，能夠?qū)崿F(xiàn)，現(xiàn)場無人值守，少量人員值班的遠(yuǎn)程監(jiān)視與控制。風(fēng)電場的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)控風(fēng)電變流器的工作狀態(tài)，自動記錄和保留風(fēng)電變流器故障的日志，供技術(shù)人員分析和處理等。

五、結(jié)束語

風(fēng)電變流器是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，未來的風(fēng)電變流器能夠隨著人們的需求而不斷的創(chuàng)新和優(yōu)化，供人們使用。所以風(fēng)電變流器產(chǎn)業(yè)的前景很廣闊，提高風(fēng)風(fēng)電變流器的質(zhì)量，性能和適應(yīng)各種環(huán)境是國內(nèi)外各個廠家急需要關(guān)注的問題。我們也相信風(fēng)電變流器能夠給我們環(huán)境保護(hù)和資源利用提供強(qiáng)有力的保證。最后，由于筆者水平有限文中存在的不足之處敬請廣大讀者諒解，筆者也希望文章能夠給廣大讀者和相關(guān)從業(yè)人員有所幫助。

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