风力发电是低碳新能源中**开发条件，商业化发展前景和潜力**的的发电方式之一。随着风力发电技术的发展和应用推广，对风力发电的效率和电能质量的要求越来越高，而应用电力电子技术和控制技术是有效的实现手段，本文总结了在风力发电中应用较多的几种电力电子器件及控制技术，分析了各种方法的特点、功用和发展。

　　圣阳电池

　　风能是洁净的，可再生的，储量很大的低碳能源，为了缓解能源危机和供电压力，改善生存环境，在20世纪70年代中叶以后受到重视和开发利用。风力发电有很多独特的优点：施工**，投资灵活，实际占地少，对土地要求低等，但仍在并网、输电、风机控制等方面存在问题，阻碍了风力发电的广泛应用。因此，要大规模的应用**的电力电子技术到风力发电当中，有效的解决现有问题，使得风力发电成为电力行业的生力军。本文将从不同角度展现电力电子技术在风力发电中的应用。

　　

　　一、电力电子器件

　　

　　电力电子技术**发展的物质基础源于电力电子器件的发展，而**的电力电子器件为其在风力发电中的应用奠定了坚实的基础。

　　

　　1.IGBT

　　

　　在二十多年的发展历程中，除了保持IGBT基本结构、基本原理的特点不变之外，它经历了六代有各自特色的演变。迄今为止IGBT仍是风力发电工程中使用的**广泛的功率器件,在风力发电中，因为风速经常变化，IGBT模块在很短的时间内温度波动起伏大，会导致芯片和铜底片之间以及铜底片和基板之间的焊接部分承受大量的周期性的热-机械应力，所以提高模块应力十分重要。此外，在风力发电机舱中空间的节省不是一个小问题，提高模块功率密度也不容忽视。IGBT的电压源换流器具有关断电流的能力，可以应用脉宽调制技术(PWM)进行无源逆变，解决了用直流输电向无交流电源的负荷点送电的问题。

　　

　　科学家针对风力系统特点专门设计了一种采用由IGBT组成的“H”型SPWM逆变器，通过控制“H”型逆变器中IGBT的开关波形，可以控制输出电流;通过控制SPWM的起始角θ，可以使逆变器以功率因数为1的方式向电网输送能源，并使谐波因数、畸变因数达到设计要求。

　　

　　2.交直交变频器

　　

　　在变速恒频风力发电系统中，需要变频装置来完成由发电机到电网的能量传递。交直交变频器有效地克服了交交变频器的输出电压谐波多，输入侧功率因数低，使用功率元件数量多等缺点，易于控制策略的实现和双向变流，特别适合变速恒频双馈电机风力发电系统和无刷双馈电机风力发电系统。此外，海上风电场采用电力电子变频器能够实现有功和无功的控制，使风电机组运行在变速状态以捕获**的风能同时降低机械应力和噪音。

　　

　　3.矩阵变换器

　　

　　矩阵变换器是一种交交直接变频器，没有中间直流环节，功率电路简单，可输出幅值、频率均可控的电压，谐波含量较小。应用于风力发电中的矩阵式变换器，通过调节其输出频率、电压、电流和相位，以实现变速恒频控制、**风能捕获控制、以及有功功率和无功功率的解耦控制等，目前矩阵式变换器的控制多采用空间矢量变换控制方法。

　　

　　二、储能技术

　　

　　因风能是不可直接储存的能源，对于离网型风力发电系统，为了保证供电的稳定可靠，可在多风期间将风能储存起来，以供其他装置使用。即使在风能资源丰富的地区，若以风力发电作为获得电能的主要方式，也必须配有适当的储能系统。再者，在风力和其他能源联合供电时，也需要储能技术的介入。

　　

　　1.圣阳蓄电池

　　

　　风力发电机在与其它发电装置互补运行或独立运行时通常使用蓄电池进行储能。在风力-柴油发电系统联合运行中，采用配备蓄电池短时储能的措施，可避免由于风力及负荷的变化而造成的柴油机的频繁起动与停机。此外，蓄电池还可以减少柴油机的轻载运行，使其绝大部分时间运行在比较合适的功率范围内。同样的，在风光互补发电中，也使用蓄电池作为主要的储能方式。鉴于蓄电池成本考虑，在风力发电系统中，多采用铅酸蓄电池或碱性蓄电池作为储存电能的装置。

　　

　　2.超导储能器(SMES)

　　

　　开发超导线圈储能的可行性，美国在20世纪90年代就开始研究了。超导线圈可在超导温度下流过极高电流密度的大电流而不消耗电能，是储存电能的**选择之一。利用超导储能可以吸收或发出有功和无功功率，响应快，容量大，大大减少了电路的损耗。

　　

　　使用超导储能技术使风力发电机组输出电压和频率稳定，从而使电网稳定。在详细介绍了超导储能SMES的调节原理及其**控制方法的基础上，提出在并网型风力发电系统中，建立了SMES模型，同时用基因算法对SMES的控制参数进行寻优，仿真结果表明，SMES单元用于并网形风力发电系统可实现对电压和频率的同时控制，提高了输出稳定性。

　　

　　3.不间断电源(UPS)

　　

　　不间断电源(UPS)是指当交流输入电源发生异常或断电时，还能继续向负载供电，并能保证供电质量，使负载供电不受影响的装置。现代UPS普遍采用脉宽调制技术和IGBT、功率M0SFET等现代电力电子器件，效率和可靠性得以提高。并引入微处理器软硬件技术，实现了智能化管理，可进行远程维护和远程诊断。风能的随机性较大，发电的稳定性也受到限制，对较偏远地区或者单独运行的风电场来说，不间断电源的使用很有必要。

长期以来，无论是国内还是国外，也不论是通信系统还是UPS系统，人们都习惯于用两组电池并联起来与一台UPS或一台通信设备配套使用。不知道是因为习惯势力还是因为别的什么原因，这种并联使用的方式竟成了设计者们和使用者们的一条必须遵循的原则，但笔者认为，则大可不必，只要用户能按照电池生产厂家的使用说明书对电池维护保养好，只用一组圣阳电池也就足够了，不但足够，而且这一组电池的使用效果(如：电池的稳定性、可靠性、均衡性、尤其是电池的使用寿命等)会比用两组电池并联使用时的情况好得多。特别是对于阀控式密封铅酸蓄电池来讲尤其是这样。那么，笔者为什么积极的主张(甚至是不赞成)不宜将电池组并联使用，并联使用哪些利弊呢?

  首先我们来回顾一下并联电路的特点。在并联电路中，总电压等于各分路电压。也就是说，加在并联的两组电池中的每一组电池上的充电电压与总充电电压相等，即U总=U1=U2。又根据I=U/R的公式，经过计算可以得知，I1≠I2(因为两组电池的内阻肯定是不会一样的，即R1≠R2，在U1=U2情况下，肯定得出I1≠I2的结果)。这就是说，在同样大小的充电电压情况下，两组并联使用的电池组，其每一组所得到的充电电流是不一样的，内阻大的其充电电流小，内阻小的其充电电流大。这样，就有可能造成充电电流小的那组电池经常处于充电不足的状态，久而久之，这组电池可能因长期亏电而硫酸盐化更加加大其内阻，其内阻越大，充电电流更小，由于造成了这样一个恶性循环而导致这组电池的使用寿命大大缩短。而只用一组电池就不存在这种情况。就此一点，就足以说明电池组单组使用的效果远远好于并联使用了。因此，笔者建议用户在能够用一组电池就可以满足设备的需要情况下，**不要用两组电池并联使用，否则既会缩短电池的使用寿命，增加使用成本，又会降低电池的综合性能，不应该做这种劳民伤财的事情。如果因为设备的功率大，用两组电池并联仍不能满足设备功率需要的情况下，而采用2组以上，如3组、4组，甚至更多组的电池并联使用，那就更无必要了，两组电池并联使用已经带来了诸多的不利，更多组电池的并联使用就更复杂，更不利了。在这种情况下，一定要选用能够满足设备功率需要的大容量型号的电池就可以了，若12V系列电池中没有大容量规格的，可以选用2V系列电池，2V系列电池中，各种大容量的都有，可以说你需要多大的就可以做成多大的，据笔者所知，目前国内已有的2V系列电池**的可以达到6000Ah，我公司**的可以提供到300Ah。

  当然，设计者和使用者从提高备用电源供电的可靠性这一点来考虑也是可以理解的，怕万一交流电停电时，两组电池中有一组不能供电时还可以有另外一组电池来保证，即使是干一点劳民伤财的事也值。假若是从这一角度出发而考虑采用电池组并联使用，笔者也只赞成**多用两组电池并联，若2组以上并联那**是有害无益之举。假若非采用2组电池并联不可的情况下，请大家也应同时遵循以下原则：一是并联使用的电池必须是同一个厂家生产的，且是同型号、同规格的电池；二是并联使用的电池必须是新旧状态一致的；三是同一批号同时出厂的；四是同时安装同时使用。