新能源时代电力电子技术在风力发电中的应用

摘要：本文首先阐述了风力发电技术分类，并且结合新能源时代电力电子元件设备模式，总结出新能源时代电力电子实际应用方向。

关键词：绝缘晶体管;电力电子技术;这里厄式风力发电技术

我国经济与科技的发展速度不断提升，随之而来的是能源和环境的可持续发展以及保护问题，随着对于电力能源需求的不断提高，传统开采模式，已经无法满足能源的实际要求，而煤炭与天然气的消耗和需求也随之提升，因此人们在利用自然能源创造经济效益的同时，还应该积极保护自然环境和能源。因此风力能源的开发成为了目前科技研究的重点。

1 风力发电技术分类

1.1水平轴风力发电技术

在风力发电结构中，水平轴风力发电技术主要分为升力类型和阻力类型两个种类。其中升力类型的发电技术的旋转速度较快，而阻力类型的旋转速度较慢，对于风力发电技术来说，大多数使用的是升力类型的水平轴风力发电技术。由于普遍水平轴风力发电技术具备对于风力控制装置，可以随着风向的方向改变而转动，然而对于此种小类型的风力发电技术，此种风力发电的设备装置应该使用相关设备的尾舵装置。而对于相关大型的风力发电技术来說，则需要采用风向的传感设备元件，以及相搭配的电机组成的传输动态的设备机构。除此之外，风力设备结构的风轮，应该在风力发电的塔架前方，被称为上风向风力发电技术，而风轮结构设置在塔架后面的位置，其设备与发电技术则被称为下风向风技术。在日常的风力发电过程中，水平轴风力发电技术以及搭配设备的种类和型号相对较多，除了具备反转叶片的风轮设备，还需要在此基础上安装多个风轮设备，以便于设备在一定环境下的输出功率，减少风力发电设备的整体成本，以此集中风力发电的气流，最终加强风力气流的流通速度。

1.2 垂直轴向风力发电技术

在风力发电技术中，除了水平轴风力发电技术，还需要重视垂直轴风力发电技术在风力发电模式中的实际应用，并且在实际风向的改变模式中，利用垂直轴向风力发电技术无需针对实际的风力走向，同时对于水平轴风力发电技术来说，垂直轴向风力发电技术相比之下其自身具备一定的技术优势。而垂直轴向风力发电技术所搭配的设备在实际的使用和应用过程中，设备内部结构不仅设计方式比较简单，并且相对降低了设备内部结构的风轮对风向的陀螺力[1]。同时使用垂直轴向风力发电技术中的旋转类型风力，其自身具备几种适用类型，其中不仅具有利用设备平板和风轮，还具有相对纯阻力设备装置。同时设备同时运用了S型风车设备，在实际使用时，设备自身具备部分上升力量，而此种设备和装置在使用过程中，具备较大的动力距离，同时设备运作时的尖速度比例，尤其是在设备风轮尺寸、自身重量以及制作成本的情况下，会导致风力发电的整体功率输出较低。

1.3 达里厄式风力发电技术

在风力发电的众多技术中，达里厄式风力发电技术是法国科学家达里厄在19世纪30年进行技术发现，并且在20世纪左右，加拿大国家相关的技术学科研究所针对风力发电进行大量的技术研究，最终成为了水平轴风力发技术的主要竞争对象。在风力发电技术中，达里厄式技术属于一种依靠风力转动产生升力的相关发电技术，而相应的设备装置中，风力发电设备内部结构弯曲叶片的横剖面是翼型，并且其设备的的启动力矩较低，但是在启动过程中，扇叶的尖速比较高，因此在设备扇叶自身重量和成本的定位上，需要着重关注输出功率方面上[2]。

2 新能源时代电力电子元件设备

2.1 绝缘晶体管

在新能源时代的风力发电设备结构中，IGBT系统模块是设备内部的风力发电功率零件。并且设备由双极型三极管零部件、BJT零部件以及设备绝缘效应晶体管共同组成，在设备内部结构中，属于复合类型的，全场控制电压驱动模式的半导体零部件。加上由于设备内部结构是合成零部件，所以，设备内部不仅具备高压输入的阻抗力量，还具备低效率引导降低压力等相关优势。同时IGBT系统模块还可以借助设备电压源头交换电流设备，以此控制和关闭电流的流动状态和操作模式，同时在设备结构中，利用电流的脉冲宽度进行相关调控，以此实现电源的无源逆变现象。除此之外，电流的有效控制有利于电源的整体定位，并且由电流的直流端口进行直接输电。同时，在风力发电的过程中，设备经常受到风力速度的影响而无法进行有效的控制，加上风力方向、风力的整体稳定性交叉，极有可能致使风力发电模块的温度出现数据和信息异常，最终造成设备内部结构中不同类型的电力芯片、铜制芯片、铜制底片以及基础焊接点，都会承受电力发电过程中，电波大存量，并且具备一定周期性的热力效应，同时设备附加应有的机械应力。目前，风力发电模式结构中IGBT系统模块，经常会采用到电力脉冲宽度，以此作为基础调整制作技术并且运用相关的逆变设备，最终可以依靠掌控电流波形实现电流最终控制的实时输出。同时设备启动后，内部结构的初始角度改变后，逆变设备开始向整体电力网络输送能量，可以最大限度的改变电力波动谐波因数或者畸变系数。

2.2 交直流变频设备

交直流变频设备在日常设备的运转过程中，其主要运转原理为风力发电设备内部结构的变速恒频系统，依靠设备风力运作频率的整体变化趋势，可以有效的传送发电设备需要完成的电力网络能量。其中电力设备内部的交流电力和直流电力，在实际的设备运转过程中需要通过电力变频设备实现相关的技术改造，有效的解决了电流变频设备自身现有的问题和不足[3]。比如：设备电压谐波过多、电压输入功率系数较低、电力功率电子元件应用总量大等相关缺点。并且随着电力发电技术的不断完善和改进，交流电流与直流电流的变频设备可以有效的实现设备控制的整体策略，同时为了完成设备内部结构导体电流的双方向移动，使用交流与直流变频技术，不仅可以应用在电力发电设备结构，改变电流速度，还可以使用在平衡频道的双馈电机风力发电系统中，除此之外，交直流变频设备也可以使用在双馈电机风力发电系统中。目前我国某些大型的海上风力发电场所，普遍使用大量的风力发电系统，以及电力电子变频技术，并且设备通过针对电力的有功操作和无功操作进行有效控制，致使风力发电组合可以通过智能化技术改变速度，同时利用不稳定的风力能量，不断地减少风力组合、风力发设备电扇叶区域机械应力以及产生的噪音。

2.3 矩阵模式变换器

在风力发电技术和设备中，矩阵模式变换设备作为一种全新形式的交流电源变换设备，由于其设备在运转过程中，可以有效的实现设备电流交流相数据、相位置、幅值数值以及电力频率各种数据参数的不断变换，致使风力发电设备针对电力转化和电力储存的实际应用前景较好。而矩阵变换设备在实际使用过程中，可以直接剔除电流运转中直流电流储能环节，加上其可以在设备多个电流数据参数进行相关调整和控制，可以更好的干预风力发电设备和系统的日常运转，以此实现电力变速平衡的频道控制，并且通过对风速和风向的最大数据进行相关捕捉，以此提升整体的发电效率。

3 新能源时代电力电子实际应用

3.1 风力发电系统技术改造

在21世纪初期，我国风力发电技术中的发电机设备，电力系统的整体运行控制模式主要以失速模式或者主动失速模式作为主要发电方式。而此种控制模式并没有形成相对稳定和安全的电力输出功率。所以，随着电力实际应用的不断强化和完善，逐渐退出了电力技术应用的整个行列。现阶段随着电力电子技术的不断完善和发展，逐渐催生出更多的电力发电技术和相关系统设备，同时也进一步优化了风力发电机设备系统主要运行模式和原理。而电力电流速度改变，以及平衡频道风力发电设备系统，是目前电力电子技术的综合使用产物，其中设备所使用的电流速度恒频间距调节体系，并且设备内部配置双馈感应电机使用后，主要表现出设备的节约能耗、提高电流输出质量等相关优势。DFIG系统中主要集合了电力电子变换设备，因此技术人员需要在设备内部结构中，增加多级同步电机设备，致使整体发电设备系统可以得到有效的优化和改善。

3.2 风力储能系统技术改造

使用风力发电系统进行电力制造过程中，技术人员首先需要克服和改善最大的风力发电问题就是风力速度以及风力方向的不稳定，并且需要大范围内提升风力能源的应用时间，但是由于在实际操作过程中，无法保证风力长期处于足够风量情况，因此需要技术人员在风力能源的储存方面上，积极提升其技术和整体水平，最终确保风力发电的稳定性和安全性。现阶段，我国普遍适用的风发储存系统和相关技术，主要以蓄电池作为主要能源储存模式，其设备具备安全流程简单，风力储存能量效率高等优势和特点。所以目前风力发电行业中同样选择超级导向线圈作为能源储存的主要方式之一[4]。然而从现有的相关技术来看，我国超级导向线圈电能储存技术仍然处于初级阶段，无法有效的进行推广和应用普及。当储能系统和相关设备面对风力发电具有随即突发事件的特征，将使用不间断功能的电源方式，从根本上辅助了风力发电系统结构中储能的重点技术。加上在实际设备操作时，不间断电源储能模式可以在系统电能断开的情况下持续提供电流能量，因此可以有效的帮助发电系统在电力储能方面，提升较高的电能储存效率和总体功能性，特别是对于偏远地区来说，风力发电储存能量系统起到了重要作用。

3.3 风力发电输出的实际应用

在风力发电设备和整体系统的运转过程中，考虑到想要有效的实现风力发电，需要依靠风力产生的自然资源提供动力能量，因此许多风力发电相关設备的位置安置相对比较偏远。所以，发电设备组合、设备调整和管理中心以及用户之间的电力传输自身存在一定的问题和不足，根据我国风力发电设备的实际使用情况数据，可以得出相关结论，现阶段我国风力发电的主流技术仍然存在着许多不足。并且现阶段，我国风力发电技术已经逐渐开始研究高压模式下的直流输出电流技术，也被称为HVDC技术，并且通过采用异步联网络，进而产生相对完整的网络结构比例。同时风力发电的输出技术对于自然环境的整体要求并不高，并且通过风力产生的电力总量与经济投入的成本相比较，其性价比较高，在设备开启时，其高压电流的直流输电模式，在技术方面上大量的融合先进的电力电子技术，并且依靠IGBT系统晶体管和GTO可关断晶闸管道等方面，对可关断设备零件起到了积极的作用。除此之外，PWM系统等相关的电子技术的实际应用，也致使风力发电的电流输电模式相继出现成本低投入，产品高质量情况，此种技术的发展和普及，无疑将更完善风力发电技术全面推进，并且将设备的高压直流输电技术进行全面普及，最大限度的降低了故障发生的概率。

4 结束语

由此可见，风力能源是目前我国主要开发和利用的新能源之一，而风力发电系统自身具备十分宽广的范围和方向。随着新能源电力电子技术的全面发展，风力发电系统体系中，无论是设备结构还是技术要求都取得了较高的成就，同时在科技发展的未来时代，风力发电的整体效率和质量将不断被提高，电力所转变的整体质量也将持续被提升，随之而来的是风力发电的整体成本会最大限度的降低，除此之外，风力发电对于我国开展保护环境、美化社会生活方面上，也起到了十分积极的实际作用。

参考文献

[1]姜传彦，王利军，关于风力发电与电力电子技术对新能源的开拓探讨[J].科学与信息化，2019，000 （001）：89-90.

[2]朱希华.电力电子技术在大型风力发电机领域的应用[J].电子技术与软件工程，2019，000 （022）：P.219-220.

[3]步文智.电力电子技术在新能源领域的应用[J].河南科技，2019， 000 （019）： 123-124.

[4]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.

作者简介

崔青恒（1973一），男，山东省德州市人。天津工程师范学院本科学历，德州职业技术学院电子与新能源技术工程系讲师。研究方向为应用电子技术。