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25 风力发电的技术和解决方案 赛 米控 应 用 经 理Ra i n e r We i s s 赛 米 控 产 品 经理R a l f H e r r ma n n 采 用 电力 电子 技术 的风 力发 电机 组在 世 界各 地越 来 越普及。赛米控 为客户提供 结合有 电力 电子技术 的专用 解 决方案和技术支持。风 力 发 电正在 世界 各地 稳步 被采 用，特 别是 在亚 洲 和美国，海上 风力发 电正扮演着越 来越重要的角色。S K i i P 智，能功率模块为风力发 电机组而进行了优化。更重 要的是，赛米控 在这一领域 中的宽广专业 知识可确保 为客 户带来广泛 的设计支持。一种 集成 的方法 和具有灵活性 的 思维方式 正是这些独 一无二 的能 力使这家全球供 应 商得 以应付风力 发 电应用 中向全功率转 换系统转移 的不 断 增长的需求。对 于组件和应用 来说就是：更大 的电流，并 联运行 以及更加有效 的冷 却。全 球 已装机 的 具有 电子控 制 系统 的风 力发 电机 组 中 大约有 8 0 采 用逆变 器控制 转子 电流 的双馈 异步 电机。这 种 电机 的主要优 点是，它只被 设计为风 力发 电单元额 定输 出功率的约2 0 ，因为8 0 的功率在定子绕组中产生，定子 直接连接到 电网。然而，唯一 的缺 陷是滑环 接触和 间接 控 制(系统)维护 费用高。在 电网受到干扰 时，需要非 常大 的转子 电流在 困难 的环境 下持 电网稳定。可 再 生能源 不仅 被 用于对 常 规 能源方 式 的补 充，事 实上正在取代常 规能源，一个 主要原 因是技术的进步。特 别是在对 能源需求 很多 的国家，近 年来 出现 了3 5 k m 大 的 风力发 电场。为 了保证 电网的稳定性，在 电网 电压骤 降的 情况下对于无功电源和电网稳定性的要求也变得越来越严 格。基于这个原 因，当安装新 的风力发 电机 组时，正越 来 越 多地使用带有全 功率转换器 的同步或异 步发 电机，因为 它们在电网停电时可以支撑电网。该转换器直接可控，提 供与5 0 或6 0 H z 电网频 率最佳 的同步，既可 以补偿谐波无 功 功率，又可以产生无功补偿。此外，同步发电机可配有许 多极()5 0)，使驱动器部分的齿轮显得多余。过去，这 些齿 轮是最常见 的故障原 因。各 种系 统所 用 的逆变 器 中，考 虑 到经 济 因素 以及 为 了实现最佳 的效率，经常使用额 定 电压 为6 9 0 V 的逆变器。在 通常情 况下 会一个 由阻断 电压为 1 7 0 0 V 的I G B T 组 成的功 率转 换器、用于 与2 0 k V 电 网进行功 率调整 的变 压器。很少 使 用更 为昂贵 的3 3 k V 模 块，因为 系统 需要变 压器，从而 使得整个解决方案 过于昂贵。更大功率，更 多的电力电子 风 力 发 电机 正 被设 计 为覆盖越 来越 大 的功 率范 围，虽然对于输 出功率来说位 置足最重要 的因素。陆上风力发 电机中，3 M W 发电机组已被证明是最经济的，与此同时输 出功 率为5 M W 或更 高的海 风 电场则 是更好 的解 决方 案。如果两 种类 型的风 力发 电机组双馈异 步电机和 带有 全 功率 转 换 器 的 同步 异 步 发 电机 都 能够 提 供 相 同 的输 出，全 功率转 换器 的功率 必须高 出5 倍。而这 又意味着 需 要5 倍 的电力电子器件。但是，必须考虑到双馈异步电机 的输 出频率低，通 常只需要增大N3 3 5 倍。然 而，电力 电子技 术不 仅越 来越 普及，事 实上，它 们需要满足 的要求也正不 断地 改变。由于双馈异 步电机中 半导体在低温 时加热不 同，必 须采取保护机制才 能够 处理 之。组件必须 满足的新且不 断变化的要求 的进一 步原因是 极端气候条件。例如，海上风力发电机受高湿度的影响，而位于得克萨斯州的风力发电机组则暴露在高温下。因 此，使用 的冷 却系统必须采用 不同的设计。因此，基 于丰 富的经验为各个应用 开发冷却解决方案是重要 的。图1：取决于风力发电机组的预定位置存在不同的气候条 件。例 如。中 国和 蒙 古 的极 端 气候 条件 在 温 度和 相 对 湿度 方 面是有些矛盾的，这就是为什么这 里使用的电力 电子系统都 必 须经 过调 整，以满 足这些 非 常要 求。解决常 见问题的正确知识 逆变 器效 率在9 8 9 9 之 间。一 个6 M W 的全功 率转换器