風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分類(lèi)及各自特點(diǎn)

•風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分類(lèi)及各自特點(diǎn)     風(fēng)力發(fā)電機(jī)組主要由兩大部分組成：     風(fēng)力機(jī)部分――它將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；     發(fā)電機(jī)部分――它將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。     根據(jù)風(fēng)機(jī)這兩大部分采用的不同結(jié)構(gòu)類(lèi)型、以及它們分別采用的技術(shù)方案的不同特征，再加上它們的不同組合，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以有多種多樣的分類(lèi)。     (1)  如依風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)主軸的方向（即主軸與地面相對(duì)位置）分類(lèi)，可分為：     “水平軸式風(fēng)機(jī)”――轉(zhuǎn)動(dòng)軸與地面平行，葉輪需隨風(fēng)向變化而調(diào)整位置；     “垂直軸式風(fēng)機(jī)”――轉(zhuǎn)動(dòng)軸與地面垂直，設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單，葉輪不必隨風(fēng)向改變而調(diào)整方向。               (2)  按照槳葉受力方式可分成“升力型風(fēng)機(jī)”或“阻力型風(fēng)機(jī)”。     (3)  按照槳葉數(shù)量分類(lèi)可分為“單葉片”﹑“雙葉片”﹑“三葉片”和“多葉片”型風(fēng)機(jī)；葉片的數(shù)目由很多因素決定，其中包括空氣動(dòng)力效率、復(fù)雜度、成本、噪音、美學(xué)要求等等。     大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)可由1、2 或者3 片葉片構(gòu)成。     葉片較少的風(fēng)力發(fā)電機(jī)通常需要更高的轉(zhuǎn)速以提取風(fēng)中的能量，因此噪音比較大。而如果葉片太多，它們之間會(huì)相互作用而降低系統(tǒng)效率。目前3 葉片風(fēng)電機(jī)是主流。從美學(xué)角度上看，3 葉片的風(fēng)電機(jī)看上去較為平衡和美觀。     (4)  按照風(fēng)機(jī)接受風(fēng)的方向分類(lèi)，則有“上風(fēng)向型”――葉輪正面迎著風(fēng)向（即在塔架的前面迎風(fēng)旋轉(zhuǎn)）和“下風(fēng)向型”――葉輪背順著風(fēng)向，兩種類(lèi)型。 　　上風(fēng)向風(fēng)機(jī)一般需要有某種調(diào)向裝置來(lái)保持葉輪迎風(fēng)。 　　而下風(fēng)向風(fēng)機(jī)則能夠自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)風(fēng)向, 從而免除了調(diào)向裝置。但對(duì)于下風(fēng)向風(fēng)機(jī), 由于一部分空氣通過(guò)塔架后再吹向葉輪, 這樣, 塔架就干擾了流過(guò)葉片的氣流而形成所謂塔影效應(yīng),使性能有所降低。     (5)  按照功率傳遞的機(jī)械連接方式的不同，可分為“有齒輪箱型風(fēng)機(jī)”和無(wú)齒輪箱的“直驅(qū)型風(fēng)機(jī)”。     有齒輪箱型風(fēng)機(jī)的槳葉通過(guò)齒輪箱及其高速軸及萬(wàn)能彈性聯(lián)軸節(jié)將轉(zhuǎn)矩傳遞到發(fā)電機(jī)的傳動(dòng)軸,聯(lián)軸節(jié)具有很好的吸收阻尼和震動(dòng)的特性，可吸收適量的徑向、軸向和一定角度的偏移，并且聯(lián)軸器可阻止機(jī)械裝置的過(guò)載。     而直驅(qū)型風(fēng)機(jī)則另辟蹊徑，配合采用了多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，槳葉的轉(zhuǎn)矩可以不通過(guò)齒輪箱增速而直接傳遞到發(fā)電機(jī)的傳動(dòng)軸，使風(fēng)機(jī)發(fā)出的電能同樣能并網(wǎng)輸出。這樣的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了裝置的結(jié)構(gòu)，減少了故障幾率，優(yōu)點(diǎn)很多，現(xiàn)多用于大型機(jī)組上。     (6)  根據(jù)按槳葉接受風(fēng)能的功率調(diào)節(jié)方式可分為：     “定槳距（失速型）機(jī)組”――槳葉與輪轂的連接是固定的。當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，槳葉的迎風(fēng)角度不能隨之變化。由于定槳距（失速型）機(jī)組結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠，在20 年來(lái)的風(fēng)能開(kāi)發(fā)利用中一直占據(jù)主導(dǎo)地位。     “變槳距機(jī)組”――葉片可以繞葉片中心軸旋轉(zhuǎn)，使葉片攻角可在一定范圍內(nèi)（一般0－90度）調(diào)節(jié)變化，其性能比定槳距型提高許多，但結(jié)構(gòu)也趨于復(fù)雜，現(xiàn)多用于大型機(jī)組上。     (7)  按照葉輪轉(zhuǎn)速是否恒定可分為：     “恒速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組”――設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單可靠，造價(jià)低，維護(hù)量少，直接并網(wǎng)；缺點(diǎn)是：氣動(dòng)效率低，結(jié)構(gòu)載荷高，給電網(wǎng)造成電網(wǎng)波動(dòng)，從電網(wǎng)吸收無(wú)功功率。     “變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組”――氣動(dòng)效率高，機(jī)械應(yīng)力小，功率波動(dòng)小，成本效率高，支撐結(jié)構(gòu)輕。缺點(diǎn)是：功率對(duì)電壓降敏感，電氣設(shè)備的價(jià)格較高，維護(hù)量大?，F(xiàn)常用于大容量的主力機(jī)型。     (8)  根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)類(lèi)型分類(lèi)，可分為兩大類(lèi)：     “異步發(fā)電機(jī)型” “同步發(fā)電機(jī)型”      只要選用適當(dāng)?shù)淖兞餮b置，它們都可以用于變速運(yùn)行風(fēng)機(jī)。      異步發(fā)電機(jī)按其轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同又可分為：      (a) 籠型異步發(fā)電機(jī)――轉(zhuǎn)子為籠型。由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、廉價(jià)、易于接入電網(wǎng)，而在小、中型機(jī)組中得到大量的使用；     (b) 繞線式雙饋異步發(fā)電機(jī)――轉(zhuǎn)子為線繞型。定子與電網(wǎng)直接連接輸送電能，同時(shí)繞線式轉(zhuǎn)子也經(jīng)過(guò)變頻器控制向電網(wǎng)輸送有功或無(wú)功功率。      同步發(fā)電機(jī)型按其產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極的類(lèi)型又可分為：      (a) 電勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)――轉(zhuǎn)子為線繞凸極式磁極，由外接直流電流激磁來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)。      (b) 永磁同步發(fā)電機(jī)――轉(zhuǎn)子為鐵氧體材料制造的永磁體磁極，通常為低速多極式，不用外界激磁，簡(jiǎn)化了發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)，因而具有多種優(yōu)勢(shì)。      (9)  如根據(jù)風(fēng)機(jī)的輸出端電壓高低化分，一般可分為：      “高壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)”――風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出端電壓為10~20kV，甚至40kV，可省掉風(fēng)機(jī)的升壓變壓器直接并網(wǎng)。它與直驅(qū)型，永磁體磁極結(jié)構(gòu)一起組成的同步發(fā)電機(jī)總體方案，是目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)中一種很有發(fā)展前途的機(jī)型。     “低壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)”――輸出端電壓為1kV 以下，目前市面上大多為此機(jī)型。      (10) 如根據(jù)風(fēng)機(jī)的額定功率化分，一般可分為：     微型機(jī)：10 kW 以下     小型機(jī)：10 kW 至100 kW     中型機(jī)：100 kW 至1000 kW     大型機(jī)：1000 kW 以上（MW 級(jí)風(fēng)機(jī)）     直驅(qū)永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)     永磁同步發(fā)電機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)需勵(lì)磁繞組、效率高的特點(diǎn)而在中小型風(fēng)     力發(fā)電機(jī)中應(yīng)用廣泛，隨著高性能永磁材料制造工藝的提高，大容量的風(fēng)力發(fā)電     系統(tǒng)也傾向于使用永磁同步發(fā)電機(jī)。永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)通常用于變速恒頻的風(fēng)力發(fā)     電系統(tǒng)中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子由風(fēng)力機(jī)直接拖動(dòng)，所以轉(zhuǎn)速很低。由于去掉了增速齒輪箱，增加了機(jī)組的可靠性和壽命；利用許多高性能的永磁磁鋼組成磁極，不像電勵(lì)磁同步電機(jī)那樣需要結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大的勵(lì)磁繞組，提高了氣隙磁密和功率密度，在同功率等級(jí)下，減小了電機(jī)體積。     永磁同步發(fā)電機(jī)從結(jié)構(gòu)上分有外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子之分。     對(duì)于典型的外轉(zhuǎn)子永磁同步發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)，外轉(zhuǎn)子內(nèi)圓上有高磁能積永磁材料拼貼而成的磁極，內(nèi)定子嵌有三相繞組。外轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)，使得能有更多的空間安置永磁磁極，同時(shí)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的離心力，使得磁極的固定更加牢固。     由于轉(zhuǎn)子直接暴露在外部，所以轉(zhuǎn)子的冷卻條件較好。外轉(zhuǎn)子存在的問(wèn)題是主要發(fā)熱部件定子的冷卻和大尺寸電機(jī)的運(yùn)輸問(wèn)題。     內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁同步發(fā)電機(jī)內(nèi)部為帶有永磁磁極、隨風(fēng)力機(jī)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，外部為定子鐵心。除具有通常永磁電機(jī)所具有的優(yōu)點(diǎn)外，內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)能夠利用機(jī)座外的自然風(fēng)條件，使定子鐵心和繞組的冷卻條件得到了有效改善，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)帶來(lái)的氣流對(duì)定子也有一定的冷卻作用。另外，電機(jī)的外徑如果大于4m，往往會(huì)給運(yùn)輸帶來(lái)一些困難。很多風(fēng)電場(chǎng)都是設(shè)計(jì)在偏遠(yuǎn)的地區(qū)，從電機(jī)出廠到安裝地，很可能會(huì)經(jīng)過(guò)一些橋梁和涵洞，如果電機(jī)外徑太大，往往就不能順利通過(guò)。內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)降低了電機(jī)的尺寸，往往給運(yùn)輸帶來(lái)了方便。     內(nèi)轉(zhuǎn)子永磁同步發(fā)電機(jī)中，常見(jiàn)有四種形式的轉(zhuǎn)子磁路，分別為徑向式、切向式、和軸向式。相對(duì)其它轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)而言，徑向磁化結(jié)構(gòu)因?yàn)榇艠O直接面對(duì)氣隙，具有小的漏磁系數(shù)，且其磁軛為一整塊導(dǎo)磁體，工藝實(shí)現(xiàn)方便；而且徑向磁化結(jié)構(gòu)中，氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度接近永磁體的工作點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度，雖然沒(méi)有切向結(jié)構(gòu)那么大的氣隙磁密，但也不會(huì)太低，所以徑向結(jié)構(gòu)具有明顯的優(yōu)越性，也是大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)中應(yīng)用較多的轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)。