风电变流器的技术现状与发展

风电变流器的技术现状与发展

方芳

（国电南瑞科技股份有限公司211106）

摘要：随着人们对不可再生能源的消耗，可循环利用能源逐渐成为人们关注的对象，电能作为清洁型能源逐渐发展成为全球运用最广泛的能源。而如何简单的利用可循环资源进行发电，成为我国重点研究的方向。目前我国风电变流器的研发已经取得了明显的进步。本文主要分析了风电变流器的类型，阐述了风电变流器的应用需求和技术现状，并针对风电变流器的技术发展趋势进行了研究和探讨，以期促进我国及全球风电变流器技术的进步。

关键词：风电变流器；风力发电；风电机组

随着全球人口增多，各产业对能源的消耗日益加重，电能作为清洁型能源，其发展已经涉及到各行各业及人们的日常生活中，如何生产更加高效、稳定的电能，成为各个国家考虑的首要问题。随着对风力的运用和发电技术的进步，风力发电逐渐成为我国具有一定发展前景的新型产业。近年来，我国对风力发电的投入越来越大，相应技术也越来越高。而风电变流器作为风力发电的主要构件，我国对其的研究也基本取向成熟。

一、风电变流器的类型分析

风力发电主要是利用风力发电机组将风能转换为电能，因此风电机组需要捕捉到最佳的风能，才能够更好的实现电能转换。捕捉最佳风能，要使发电机转速能够适应风力的变化，从而保持最佳浆液顶端速度与风速的比例，以及输出电压频率与电网频率的恒定性，即需要通过变速恒频技术来实现这一特性。而风电变流器的作用，则是帮助风电机组实现变速恒频技术。目前常用的风电变流器主要有两种：

（一）双馈变流器

变速恒频双馈风力发电系统的工作原理如图1所示，风轮的齿轮与双馈异步发电机进行连接，发电机定子与电网进行连接，而双馈变流器则连接在发电机和电网之间，当风轮转动时，就可以实现电能，并将电能通过电网输送出去。其中双馈变流器在整个工作过程中，起到非常重要的作用。

图1双馈变流器示意图

变流器的电流还能够实现对风力发电机转速的控制，其同时能够对转子电流的转差频率进行控制，从而保证输出电压与电网的恒定性。双馈变流器的名称来源主要是由于发电机的电功率会实现两个方向的馈送，即通过定子进行馈送和通过变流器进行馈送。双馈变流器而定功率较小，大约占到发电机额定功率的33%到50%。

（二）全功率变流器

直驱同步风力发电机系统的工作原理是，风轮直接与发电机进行相连，变流器则连接在发电机和电网之间，此时发电机的所有发电功率智只能通过变流器这一方向馈送的电网，因此直驱同步风力发电机系统的工作原理为全功率变流器。全功率变流器的电流，能够实现对发电机的转速控制。

二、风电变流器的应用需求

风电变流器的主要作用是连接发电系统和电网，从而使风电机组发电更加具有稳定性。为了使风电机组更加完善，使用行业的特点，风电变流器需要符合以下几种应用需求。

（一）低电压和高电压持续供网能力

风电变流器需要保证风电机组出现电压跌落或短时高压的情况下，能够有效保持不脱网。由于目前人们还不能够实现对风力的控制，而风力的大小变化又影响着发电机的转速，很容易造成电压跌落或短时高压，此时如果风电变流器不能实现不脱网功能，则会导致交流测过流或直流测过压保护。

（二）需满足长期稳定条件

利用风电发电，风电机组需要设置在空旷且偏远的地区，如海上，这些地方虽然能够使风电机组发挥最大的发电作用，对其的维护却较为困难，特别是有些变流器几乎不能拆卸，因此需要变流器能够满足长期稳定的使用条件。

（三）需应对恶劣的自然环境

我国地势广阔，能够实现风力发电的地区有很多，但不同地区的气候环境和地理环境各不一样，对风电机组所造成的损坏也不一样，如湿度大的地区，会形成凝露，从而对变流器造成影响，如风沙较大的地区，风沙会对变流器造成影响，另外温度过高或过低也会对变流器造成影响，因此变流器要适应各种环境。

三、常见的风电变流器

ABB公司是风电变流器技术最顶尖的公司默契所生产的风电变流器结构紧凑，模块化设计且控控制算法一直都处在领先地位。该公司生产的ACS800-67系列低压变流器、PCS6000系列中压变流器等，都具有非常良好的性能。

科孚德机电公司生产的风电变流器MV3000系列低压全功率变流系统，MV7000系列中压全功率变流系统等，也是我国运用最常见的风电变流器。

南车主轴电力机车研究所研究公司推出的SPM系列，南车时代风电变流器等，也在我国市场上占有一定额销售份额。

四、风电变流器的技术发展趋势

（一）注重控制技术的优化

风力发电虽然能够实现对其他能源的节省，但由于风能是自然之物，人们暂时没有相关技术实现对风力的调控。同时风能的风力大小，方向等具由不稳定的特性，因此对发电机组及所产生的电能带来了极大的影响。

目前我国风力发电技术主要将发电机组设置在比较偏远的地区，且规模较大，因此需要实现远距离传送才能够保障电能的供应，因此我国应该逐渐研究分布式风电的发展。另外我国还需要注重对电压偏差，闪变等问题进行改善。

（二）实现智能监控诊断技术

目前我国主要采用的大规模发电，且距离较远，因此很难实现人工实时反馈问题。因此我国应该注重智能监控和智能诊断技术的研究，从而实现远程控制的作用，通过远程监控实现对变流器的检测和分析。该系统还需要具有自动记录和保存电流波形的作用。

（三）向着高压等级方向发展

随着风力发电技术的发展，发电机组的功率将逐步增大，因此变流器单机功率会随着增大，为了适应风力发电技术的发展，以后将会出现高压风电变流器。

结束语

综上所述，目前利用风力发电是我国对电能需求研究的主要目标，而风电变流器作为其中的重要器件，其需要迎合技术变化和需求进行完善。通过上述分析可知，我国风电变流器技术以趋向成熟，需要加强对控制技术优化和远程监控功能等研究，从而保障我国风力发电的稳定发展。

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