刍议变速恒频风力发电技术

刍议变速恒频风力发电技术

丁银涛

(中电投宁夏能源铝业中卫新能源有限公司755000)

摘要：随着世界范围内市场经济的迅猛发展，全球能源资源的消耗速度也不断增加，对地球的自然生态环境造成了日益严重的威胁。在此情况下，寻找新能源并进一步推进环保技术的发展势在必行。其中，风力发电技术作为一种绿色环保的发电技术，得到了越来越广泛的关注与认可。本文主要从我国风力发电的现状入手，深入探究变速恒频的现代化风力发电技术的优点及技术原理等，这也已成为当前研究的一项重要课题。

关键词：变速；恒频；风力；发电；技术

引言

众所周知，在市场经济发展越来越迅速的当今社会，全球范围内所面临的能源资源形势也越来越严峻。特别是随着我国改革开放初期对能源资源的过度开发与利用，致使我国的能源危机与环境污染问题也日渐凸显出来。因此，为进一步实保护现生态环境，促进经济可持续发展的战略目标，积极研究绿色环保的风力发电技术，已成为当下一项十分迫切的需求。在此时代背景下，关于变速恒频发电技术的研究也受到越来越多的关注。

一、我国风力发电技术的发展概述

风能作为一种绿色可再生能源，在能源资源愈加匮乏的当今社会得到了越来越广泛的关注与应用。事实上，早在20世纪50年代，风力发电的相关理念与技术就已经在我国慢慢兴起。特别是到80年代后期，我国的风力发电技术得以广泛发展。截至目前，我国的多个地方都已经建立起了风力发电厂，并在不断地对风力发电技术进行着积极的研究。

当然，不同国家、不同地区的实际情况不尽相同，其对风能的利用程度也大不相同。特别是在传统的恒速恒频的风力发电技术中，我们对风力的利用率比较低。但是，随着近年来变速恒频风力发电技术的广泛推广与应用，我们对风力的利用率越来越高，我国风力发电的效率得以大大提升。

二、变速恒频风力发电工作原理与技术分析

所谓的变速恒频风力发电技术，实际上就是一种将电力电子技术、矢量变换控制技术以及微机信息处理技术等现代化高科技技术引入到发电机控制中的新型发电方式。这也是我国当前使用的风力发电技术中最优化的一种技术方案。

特别是在传统的恒速恒频风力发电技术已然无法满足我国风力发电需求的当下，变速恒频发电技术的兴起显得更加意义重大。通常而言，变速恒频的风力发电技术主要由风力机、发电机以及辅助构件等三大部分共同完成的。其基本的工作原理在于：利用致密的风能带动风扇的转动，将风能转变为机械能；与此同时，风扇带动齿轮箱工作，进一步将产生的机械能转变为电能。最终产生的电能在经过定子处理后，再通过电网系统传输给各个用户。

在这一过程中，变速恒频风力技术之所以能够充分发挥其技术优势，主要依靠一下几种关键技术：其一是交流励磁双馈发电技术。该技术主要是通过调整转子与风速的关系，进而实现转子对电流频率的有效控制；其二则是无刷双馈发电技术。该技术不同于交流励磁双馈的发电系统，其定子具有直接接通电网或者利用双向变频器接通电网等两套技术不同的绕组方式。此外，该系统的转子呈笼形结构，其技术则为定子两个绕组的极对数之和。因此，无刷双馈电机可以利用磁场电流实现旋转磁场及功率组与转速的相对恒定，从而实现风力发电的变速恒频技术。

三、变速恒频风力发电技术的主要优势

通过上述分析，我们不难看出，与传统的恒速恒频风力发电技术相比，新型的变速恒频风力发电技术具有十分明显的技术优势。在实际的发电过程中，其主要优势则大致可体现在以下几大方面：

（一）绿色环保性能

能源资源是促进市场经济不断向前发展的一项重要资源保障。特别是在能源资源日渐匮乏的当下，风能作为一种可再生的能源资源，其无限的、可循环利用的优势，使其在可持续发展战略中的利用价值远远超过其他传统的能源资源。也因此，绿色环保性能无疑成为变速恒频发电技术的首要优势。

（二）提高了对风能的利用率

变速恒频风力发电技术的主要优势，还体现在其对风能利用率的提升方面。这主要是由于变速恒频的风力发电技术具备了自动化调整风力发电机转速的性能优势。特别是对于传统的恒速恒频的风力发电技术而言，其发电机的速度及频率都是恒定不变的。因此，传统技术也就无法具备根据风能大小进行自我调解的功能。而在变速恒频的风力发电技术中，由于其风力机采用的是变速运行系统，即风力机的叶轮可以随风速的变化对其旋转速度进行自我调整。因此，只要能够保持最佳叶尖速比以及最大风能利用系数的基本恒定，我们就能基本实现对风能的高转化率及利用率，进而保障系统的运行效率，实现发电量大幅度提升。

（三）延长了机械设备的使用寿命

能够有效延长发电系统中各类机械设备的使用寿命，也是变速恒频发电技术的一项显著优势。这主要是由于变速恒频的风力发电技术，将传统技术中电动机系统之间的刚性连接转变为了现如今的柔性连接。这种柔性连接的方式，可以使风力机在受到较大风速影响时，不但可以尽可能多地将风能转化为机械能，还能使其自身部件在一定程度上免受强度电流冲击的损坏。通过这种方式，风力机的使用寿命就得以有效延长。

（四）经济性优势

经济性优势，也是变速恒频发电技术不容忽视的特性之一。风力发电技术的不断提高，使得风力的发电效率在不断的提高，成本也在不断的降低。特别是对于发电厂而言，追求经济利益的最优化才是他们的最终目标。而在变速恒频的风力发电技术中，一方面风力发电组的构成与使用不断向多样化方向发展；另一方面，其可以根据风能大小调节自身工作方式的优势，使其在完全实现了机械自动化。此外，其还采用了当前较为先进的PWM技术，不仅有效拓宽了其转速运行范围，还可以在一定程度上抑制谐波，减小开关损耗，进而在提高发电效率的同时，也有效实现了对成本的控制。

（五）稳定性能较高

变速恒频发电机技术的另一优势就在于其稳定性能的提升。一方面，这是由于计算机技术、自动化技术等现代科技的发展，一定程度上为变速恒频发电技术的发展提供了可靠的技术支持；另一方面，电力系统间的的柔性连接以及对矢量控制调节励磁的有效利用，使得现今的变速恒频风力发电技术已然可以实现发电机输出功率的有效调节，并尽可能地降低了并网运行后失步发生的可能行。这就大大提高了电力系统的动静态性能与稳定性。此外，变速恒频发电技术还可以有效降低发电时的噪音，提高电能质量，这些都是其稳定性能较高的一种体现。

结语

综上所述，面对当前能源资源日渐枯竭的危机局面，深化对风能等可再生能源资源的有效利用，不断促进新能源替代旧能源等，已成为当前的一项重要课题。特别是在人们生活生产越来越依靠电能的当下，变速恒频的风力发电技术以其经济性、没稳定性、环保性等独特优势，为我国电力系统的安全稳定运行提供了大力支持。因此，不断深化对该技术的研究与革新，对于实现我国经济的可持续发展具有十分重要的意义。

参考文献：

[1]李富柱.双调节短期储能液压变速恒频风力发电系统控制策略研究[D].江苏大学,2015.

[2]高忠飞,李春凯,马传宇.变速恒频风力发电控制技术[J].防爆电机,2014,(06):29-31+38.

[3]王冠琰,李娜.变速恒频风力发电技术综述[J].机械制造与自动化,2010,(01):153-156.

[4]王孝洪,杨金明,吴捷.变速恒频风力发电系统中的电力电子技术[J].电机与控制应用,2009,(11):12-17.

[5]卞松江.变速恒频风力发电关键技术研究[D].浙江大学,2003.

[6]沙非,马成廉,刘闯,孙黎.变速恒频风力发电系统及其控制技术研究[J].电网与清洁能源,2009,(01):44-47.