無刷勵(lì)磁直驅(qū)機(jī)電機(jī)變頻大型風(fēng)力發(fā)電技術(shù)

一、大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)概述

　　風(fēng)能的特點(diǎn)是能源稀薄、隨機(jī)性大．風(fēng)向、風(fēng)力變化無常，而風(fēng)機(jī)又必須安裝在野外空曠多風(fēng)地帶，造成了風(fēng)力發(fā)電機(jī)不同于其它電網(wǎng)發(fā)電機(jī)的特殊性。風(fēng)力發(fā)電中的發(fā)電機(jī)，處于將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿哪茉崔D(zhuǎn)換樞紐環(huán)節(jié)，不同的發(fā)電機(jī)形成不同的發(fā)電模式，產(chǎn)生不同質(zhì)量的電能．對(duì)整個(gè)機(jī)組的能源效率、機(jī)電可靠性、電網(wǎng)容納度等指標(biāo)有著相當(dāng)大的影響，是風(fēng)力發(fā)電的核心技術(shù)之一。

　　發(fā)電機(jī)種類對(duì)整個(gè)機(jī)組的制造成本、系統(tǒng)性價(jià)比。更有著重大影響。首先，不同發(fā)電機(jī)本身的制造難度、成本差異明顯；其次，不同發(fā)電機(jī)對(duì)控制系統(tǒng)的配置不同、所配變頻器功率容量、技術(shù)要求不一樣，更使成本相差懸殊；另外，采用不同的發(fā)電機(jī)影響到塔頂機(jī)艙的總重量，對(duì)塔架、基礎(chǔ)的成本，對(duì)大件運(yùn)輸和安裝的成本，均有不同程度的影響；再加上同發(fā)電機(jī)的發(fā)電質(zhì)量對(duì)電網(wǎng)和供電的間接成本響應(yīng)也不一樣，從而都影響到整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)技術(shù)方案的選擇成為影響風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)度電成本的重要因素。

　　一個(gè)頗令人深思的現(xiàn)實(shí)是，風(fēng)力發(fā)電機(jī)在不同時(shí)期曾分別由永磁同步發(fā)電機(jī)、電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)、籠型異步發(fā)電機(jī)、雙饋異步發(fā)電機(jī)四大不同機(jī)種擔(dān)綱主角，在不同場(chǎng)合和容量中，在不斷改進(jìn)和完善中，在相互發(fā)展和超越中，經(jīng)過比較和爭(zhēng)奪，發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，克服它者缺陷，此消彼長(zhǎng)……直至今天，尚難分高下，而不像電網(wǎng)發(fā)電機(jī)那樣一直單純地由電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)唱獨(dú)角戲。

　　籠型異步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，葉尖制動(dòng)失速型恒速機(jī)組曾在上世紀(jì)80一90年代成為主流機(jī)型。發(fā)電機(jī)實(shí)際結(jié)構(gòu)類同于大量采用的感應(yīng)異步電動(dòng)機(jī)，是利用超同步運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為有功電能反饋給電網(wǎng)達(dá)到發(fā)電的目的，由于電機(jī)中有功轉(zhuǎn)差功率耗散在轉(zhuǎn)子中，轉(zhuǎn)差率必須控制在I％內(nèi)，不能太大，所以籠型異步發(fā)電機(jī)只適用恒速風(fēng)力發(fā)電．此外該機(jī)種還必須由電網(wǎng)提供無功勵(lì)磁，所以功率因數(shù)低，不利于電網(wǎng)電壓穩(wěn)定．目前已被發(fā)電量更高的變槳變速恒頻機(jī)種所淘汰。

　　電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)在風(fēng)電系統(tǒng)中，屬于先進(jìn)的變速恒頻發(fā)電技術(shù)，其風(fēng)能截獲率高，電壓易于隨轉(zhuǎn)速變化而加以調(diào)節(jié)穩(wěn)壓。而需要全功率的變頻器．有電刷滑環(huán)，加上其龐大體積、重量和機(jī)組造價(jià)高于異步機(jī)，成為其顯著的缺陷。

　　雙饋異步發(fā)電機(jī)屬于第二類變速恒頻發(fā)電機(jī)種，且只需約1/3功率容量的變頻器，所以機(jī)組成本較低、性價(jià)比高，是當(dāng)今的主流機(jī)型．國(guó)內(nèi)和國(guó)際上許多廠家生產(chǎn)該機(jī)型的大型風(fēng)機(jī)。美中不足的是該機(jī)種存在低電壓穿越的固有缺陷，對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定的支持能力差；而對(duì)齒輪箱的依賴又令其很難實(shí)現(xiàn)無齒輪箱直驅(qū)。

　　永磁同步發(fā)電機(jī)也屬于變速恒頻發(fā)電技術(shù)．與電勵(lì)磁同步機(jī)相比，轉(zhuǎn)子上無勵(lì)磁繞組，因此不存在勵(lì)磁繞組銅損耗，比同容量的電勵(lì)磁式發(fā)電機(jī)效率高；轉(zhuǎn)子上沒有滑環(huán)，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)更安全可靠；電機(jī)的重量輕、體積小、制造工藝簡(jiǎn)便，因此在小型及微型風(fēng)力發(fā)電機(jī)中被廣泛采用，永磁發(fā)電機(jī)的缺點(diǎn)是電壓調(diào)節(jié)性能差（（I）。但永磁同步機(jī)在大型低速直驅(qū)風(fēng)機(jī)中．制造工藝要求高，制造成本比電勵(lì)同步機(jī)高；加上電壓調(diào)節(jié)能力差，需要全功率變頻器，成為推廣應(yīng)用的重大障礙。