变速恒频风力发电技术优势及应用探索

葛文红

辽宁龙源新能源发展有限公司   辽宁省沈阳市   110000

摘要：随着科学技术的进步以及工业生产的规模扩大，可供人类使用的能源日益减少，能源呈现出短缺紧张的现象。所以借助先进的技术开发清洁能源、绿色能源、高效能源成为重点。在能源开发过程中，变速恒频风力发电技术可在一定程度上降低研发成本，提高风力发电的效率及电能质量，研究价值极为突出。

关键词：变速恒频；风力发电技术；优势；应用

前言

随着社会的不断发展，对于电能需求量是越来越更多，为了更好的满足人们对于电能需求，加大了对风力发电开发。风力发电具有无污染和使用周期长的特点，可以更好的对环境进行保护。在风力发电中，电力发电机组安全运行在不断扩大，对于电能使用容量也是越来越大，通过变速恒频风力发电技术应用，可以更好的保证风力发电系统安全稳定运行，从而更好的促进我国风力发电的发展。

1风力发电技术的发展现状

随着社会的不断发展，对于风力发电越来越重视。风力发电很好的体现了人们对于自然资源有效利用，可以很好的通过机械能转化为电能。在全球范围内风能源有很大潜力，但是我国对于风能利用还处于发展阶段。级数比较大的风会对人们生活造成很大影响，如果通过先进技术可以对风能进行合理利用，可以更好的促进经济的发展。在我国风能的利用中，在改革开放之前就开始了对风能利用的研究，在现阶段我国西北地区在风能利用已经取得了很大进步。

2变速恒频风力发电技术发展的重要性

在风力发电中，风力发电机组要对风力发电的布局进行承担，承担着风力发电机组容量增大负荷，所以风力发电机组系统在风力发电中具有重要作用。在风力发电系统中，机组容量在不断增加，风力发电机组配置中存在一些问题，所以对于风力发电机组设计优化具有重要意义，通过风力发电机组优化，可以提高风力发电机组性能，保证风力发电系统正常运行。在风力发电中，通过变速恒频风力发电技术应用，可以保证风力发电机组安全稳定运行，对风力发电中转动系统具有重要作用。

3变速恒频风力发电技术重要性及其优势

3.1变速恒频风力发电技术的重要性

风力发电机组包括风轮与发电机，在发电工作中需要承担相应的负荷。从整体上来看，风力发电中的发电机组系统的地位比较显著[5]。通常来说，风力发电系统中的机组容量若表现为不断增加的趋势，能够从间接角度上说明风力发电机组的配置可能存在些许问题。在此种情况下，就需要对风力发电机组的设计进行优化。结合风力发电的实际情况应用变速恒频风力发电技术，能够在一定程度上确保风力发电机组的平稳运行，改善风力发电机组性能高的同时，进一步提高对变速恒频风力发电技术的利用水平。

3.2变速恒频风力发电技术优势

变速恒频风力发电技术，在风力发电中的应用具有突出性优势。风力发电过程中，应用变速恒频风力发电技术，能够从最大功率角度上确保发电系统的平稳运行。不仅能在一定程度上增加风力发电系统的发电量，而且能提高风力发电系统的运行效率。风力机的使用寿命与风力发电技术同样有着有密切的关系，应用变速恒频风力发电技术，能够最大程度上降低风力机的损坏发生率，使风力机的寿命得以延长，进而达到降低运行成本的目的。此外，借助变速恒频技术，可充分降低噪音。同时，应用计算机对电能的自动化管理，又能进一步提高电能质量、工作效率，为风力发电的发展奠定坚实的基础。

4变速恒频风力发电控制技术

随着科技进步，国内外关于变速恒频发电系统的研究朝着多元化发展。其主要由变速恒频的发电机组来决定，起到最重要作用的就是发电机和电力电子交流装置。基于此，常见的两种系统如下：一种是交流转直流再转交流式发电系统，另一种是交流励磁式变速恒频发电系统。

4.1交流转直流再转交流式发电系统

该风力发电系统中，发电机和电网之间经过变频器与变压器处理转换后，在此运行过程中发电机的转速也会根据风速的变化而随之发生变化，产生的交流电经过整流器，将交流电经过处理后变为直流电，然后逆变器再次将直流电转换成固定频率的交流电，最后将产生的电能传输到电网。该系统选用的电动机比较常见的为鼠笼式异步发电机。

4.2交流励磁式变速恒频发电系统

该系统结构主要由3部分构成：控制电路、双向变换器和双馈感应发电机。其工作原理是将发电机的定子并到电网上，进而转子经过励磁变换器和进线电抗器连接到电网；再利用风能转化为机械能来驱动机械旋转，所生产的机械能可以转换到发动机的转子上，以此来驱动发动机的转子，最终将机械能转换为电能，利用定子绕组将电力传送到电网，完成发电过程。发电机转速随风速改变而改变。如果是由于风速引起的变化，则可通过调节转子进而达到对电流频率的改变，最终实现保持定子频率不发生改变。满足以下关系式：f1=pnfm+f2

其中，电网频率是f1；转子机械频率是fm；其中，fm=nm/60表达式表示发电机的机械转速；pn代表发电机的极对数；f2代表转子电流频率。如果发电机的转速nm产生变化时，即是pn*fm值改变时，如果调整f2值，则可以达到f1保持不变的效果，进而达到变速恒频控制。

4.3变速恒频风力发电关键技术的优点

通过对上述两种发电机分析，变速恒频对风能的转化利用率较高，且变速恒频风力发电机能够实现最大功率运行。相较传统的恒速恒频风力发电机而言，年发电量将提高20%，运行效率大幅提升，且使风力发电机运行时间延长，最终达到输出功率大、运行效率高的效果。变机电动力系统间的刚性连接为柔性连接，能够延长风力机的寿命，减少疲劳损坏。在该发电系统控制技术中，矢量控制调节励磁不仅可以独立调节有功功率和无功功率，还可以自动调节电网频率因数，进而改善电力系统的动静态性能。变速恒频发电机技术的实现，为风能发电开启了新纪元，加速了新能源替代旧能源的步伐。在该系统中，噪声在不断减小，且能输出更高的电能质量，正在逐步实现计算机自动化控制管理。

5技术发展趋势及展望

为进一步提高风力发电效率，不断降低成本，进一步改善电能质量，减少噪声，最终达到稳定可靠运行的效果，风力发电会逐步向大容量、变转速、直驱化、无刷化、智能化以及微风发电等方向发展，主要包括以下几方面：

5.1风力发电机逐步大型化

这样可以减少占地面积，实现并网成本费用降低，能够提高风能的利用效率。

5.2采用变桨距和变速恒频技术

变桨距和变速恒频技术能够为大型风力发电机控制提供相关技术保障，且能够减小风力发电机的体积、重量和成本，进而提高发电量，使风能利用率提高及电能质量改善。

5.3实现风力发电机直接驱动

直接驱动能够代替齿轮箱，可减少能量损失、降低发电成本和减小噪声，进而提高效率和可靠性。

5.4实现对风力发电机进行无刷化

选用无刷化，不仅可提高系统的运行可靠性，还能够达到免维护和提高发电效率的效果。

5.5实现智能化控制

通过采用先进的模糊控制、神经网络、模式识别等智能控制方法，能够有效克服风力发电系统的参数时变与非线性因素。

5.6实现磁力传动技术和磁悬浮技术，使电机能够“轻风起动，微风发电”

总之，随着科技的迅速发展，风力发电技术正在日益成熟，人类必将迎来清洁能源广泛应用的美好时代。

结束语

变速恒频风力发电技术相比于传统恒速恒频技术，具有运行效率高、稳定性好，使用寿命长等优势，并且变速恒频风力发电技术可以实现系统自动化调节，人员成本与安全性更高，解决电流两融效率也更好。在多种优势下，风电企业应用该技术后能获得更高收益，具有广泛推广使用的现实意义以及社会整体经济价值。

参考文献：

[1]林成武.变速恒频双馈风力发电机励磁控制技术研究[D].沈阳工业大学,2015.

[2]杨修宇,段士伟,安军,等.固定储能配比对风电基地外送输电容量的影响分析[J].太阳能学报,2020,41(8):60-66.