關(guān)于雙饋型與直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)特點(diǎn)的比對(第2版)

1、精品關(guān)于雙饋型與直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備特點(diǎn)的比對雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)與直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主要區(qū)別是有無齒輪箱的使用。 在直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中， 風(fēng)機(jī)葉輪直接驅(qū)動多級同步發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子發(fā)電， 免去齒輪箱這一傳統(tǒng)部件。 雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組， 定子有兩套極數(shù)不同的繞組， 功率繞組直接與電網(wǎng)相連，控制繞組通過雙向變流器接電網(wǎng)，采用無刷的磁阻或者籠型轉(zhuǎn)子，無需電刷和集電環(huán)。雙饋機(jī)組有齒輪箱，但是變流器是部分功率逆變；直驅(qū)機(jī)組無齒輪箱，是全功率逆變的。 直驅(qū)電機(jī)也分勵磁和永磁， 永磁理論上效率略高， 但技術(shù)沒有非常成熟。關(guān)注效率方面，在低風(fēng)速區(qū)域，直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備具有優(yōu)勢，此優(yōu)勢取決于所用電機(jī)的設(shè)計(jì)、制造水準(zhǔn)。需要明確指

2、出，此優(yōu)勢不明顯，尤其綜合整機(jī)年發(fā)電量，雙饋與直驅(qū)機(jī)型相差不大，如果相差兩個(gè)百分點(diǎn)已經(jīng)屬于上等水平。（一）從實(shí)際應(yīng)用角度，比對兩種類型風(fēng)機(jī)的特性可靠性1 ）雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用的雙饋異步恒頻技術(shù)為國際先進(jìn)成熟的技術(shù)，變流器容量小，采用空冷冷卻方式；直驅(qū)發(fā)電機(jī)組采用全功率變流器，在低電壓穿越等情況下 IGBT 模塊的可靠性較低，同時(shí)全功率變流器通常需采用水冷冷卻方式， 在實(shí)際運(yùn)行中的很多工況下， 水冷系統(tǒng)容易出現(xiàn)故障， 易導(dǎo)致變流器IGBT模塊燒毀。2）聯(lián)合動力公司風(fēng)機(jī)機(jī)型采用準(zhǔn)三分之一變頻，變流器容量小，成本低，雙饋機(jī)型發(fā)電機(jī)可控參數(shù)多，能對發(fā)電機(jī)電壓、頻率、轉(zhuǎn)速、無功功率和有功功率等參數(shù)

3、方便可控，系統(tǒng)的穩(wěn)定性高。3）中國的風(fēng)機(jī)制造廠商針對直驅(qū)機(jī)型采用永磁同步發(fā)電機(jī)，永磁同步發(fā)電機(jī)存在過退磁現(xiàn)象 （大容量的磁鐵和鐵心粘合的工藝較難實(shí)現(xiàn)； 永磁材料會有不可逆退磁、高溫退磁等現(xiàn)象；永磁的功率因數(shù)也不易調(diào)節(jié)） ，在風(fēng)機(jī)使用壽命期內(nèi)， 存在因退磁影響發(fā)電機(jī)效率的可能， 所以直驅(qū)風(fēng)機(jī)尤其不適用于在溫度較高的地區(qū)。4）在裝配質(zhì)量層面上，風(fēng)場現(xiàn)場的作業(yè)操作越少越好。直驅(qū)機(jī)型發(fā)電機(jī)在戶外單獨(dú)分體吊裝， 會降低吊裝作業(yè)速度， 在惡劣氣候環(huán)境下， 嚴(yán)重降低裝配質(zhì)量。造價(jià)：由于直驅(qū)機(jī)型采用永磁同步發(fā)電機(jī)，永磁材料為稀有金屬，致使電機(jī)成本高； 而雙饋機(jī)型變流器容量小，容量僅為機(jī)組總?cè)萘康?30%左右，

4、使得變流器成本 降低。故直驅(qū)機(jī)型比雙饋機(jī)型成本高。維護(hù)：直驅(qū)機(jī)型的發(fā)電機(jī)尺寸和重量均比雙饋機(jī)型大，一旦發(fā)生故障，發(fā)電機(jī)維護(hù) 費(fèi)用將非常昂貴，但直驅(qū)機(jī)型沒有齒輪箱，所以針對傳動鏈的維護(hù)量相對較??； 雙饋機(jī)型存在齒輪箱易壞且維護(hù)量大的事實(shí)， 同時(shí)，電機(jī)的滑環(huán)碳刷等也需要經(jīng) 常維護(hù)。生產(chǎn)運(yùn)行：目前國內(nèi)直驅(qū)機(jī)型的產(chǎn)業(yè)技術(shù)成熟度低于雙饋機(jī)型的產(chǎn)業(yè)成熟度。由此導(dǎo)致直驅(qū)機(jī)型運(yùn)行穩(wěn)定性比雙饋機(jī)型低， 例如在承德圍場某風(fēng)場，直驅(qū)風(fēng)機(jī)在遇陣風(fēng) 后通常會出現(xiàn)非正常切出現(xiàn)象，嚴(yán)重影響風(fēng)機(jī)發(fā)電量。在實(shí)際運(yùn)行中，現(xiàn)場反映 機(jī)組運(yùn)行的故障率比相鄰風(fēng)場的雙饋機(jī)型高。據(jù)現(xiàn)場運(yùn)行人員提供數(shù)據(jù)，2010年1月中旬到2月中旬，在同為

5、5萬容量的相鄰兩個(gè)風(fēng)場，直驅(qū)機(jī)型的發(fā)電量 約為雙饋機(jī)型的三分之二。（二）從技術(shù)細(xì)節(jié)角度，比對兩種類型風(fēng)機(jī)的特性驅(qū)動鏈結(jié)構(gòu)有齒輪箱，維護(hù)成本高無齒輪箱或低傳動比（半直驅(qū)）電機(jī)種類電勵磁永磁（需考慮永磁體退磁問題）電機(jī)尺寸、重量、造價(jià)小，輕，低高，大，重電機(jī)電纜的電磁釋放有釋放，需要屏蔽線無釋放電機(jī)滑環(huán)半年更換碳刷，2年更換滑環(huán)無碳刷，無滑環(huán)-可編輯-精品變流單元IGBT,單管額定電流小，技術(shù)難度大IGBT,單管額定電流大，技術(shù)難度小變流容量全功率的1/4全功率逆變變流系統(tǒng)穩(wěn)定性中高電網(wǎng)電壓突降的影響電機(jī)端電流、電機(jī)轉(zhuǎn)矩急增電流、轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定塔內(nèi)電纜工作電流類型高頻非正弦波，諧波分量較大，必須使用屏蔽

6、電纜正弦波可承受瞬間電壓波動-10%, +10%-85%, +10%諧波畸變難以控制，因?yàn)橐S電機(jī)轉(zhuǎn)速變化進(jìn)行變頻易控制，因?yàn)橹C波頻率穩(wěn)定50Hz/60Hz之間的配置變化變流濾波參數(shù)需調(diào)整，齒輪箱需改變變流濾波參數(shù)需調(diào)整電控系統(tǒng)體積、價(jià)格、維護(hù)成本中、中、高大、高、低電控系統(tǒng)平均效率中高（三）從本質(zhì)屬性角度，比對兩種類型的優(yōu)劣直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備精品直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用水平軸、三葉片、上風(fēng)向、變槳距調(diào)節(jié)、直接驅(qū)動、永磁同步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)的總體設(shè)計(jì)方案， 相對于傳統(tǒng)的雙饋式異步發(fā)電機(jī)組其優(yōu)點(diǎn)如下：（ 1 ）由于傳動系統(tǒng)部件的減少，提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的可靠性；（ 2 ）發(fā)電機(jī)與

7、電網(wǎng)之間采用全功率變流器，發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間的相互影響減??；（ 3 ）機(jī)械傳動部件的減少降低了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的噪音；（ 4 ）可靠性的提高降低了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)成本；（ 5 ）機(jī)械傳動部件的減少降低了機(jī)械損失，提高了整機(jī)效率；（ 6 ）可以實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)有功、無功功率的靈活控制；（ 7 ）由于減少了部件數(shù)量，使整機(jī)的生產(chǎn)周期大大縮短。雖然直接驅(qū)動與采用交直交變頻器相結(jié)合的變速恒頻方式有一定的優(yōu)勢，但這種結(jié)構(gòu)方式也有其缺點(diǎn)，缺點(diǎn)如下：（ 1 ）采用的多極低速永磁同步發(fā)電機(jī)，電機(jī)直徑大，成本高。由于運(yùn)輸問題，電機(jī)的直徑不能超過4m ，隨著機(jī)組容量的增大，給電機(jī)設(shè)計(jì)、加工制造帶來困難。（ 2 ）定子繞

8、組絕緣等級要求較高。（ 3 ）采用全容量逆變裝置，功率變換器設(shè)備投資大，增加控制系統(tǒng)成本。（ 4 ）由于結(jié)構(gòu)簡化，使機(jī)艙重心前傾，設(shè)計(jì)和控制上難度加大。雙饋型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備系統(tǒng)控制事雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖傳統(tǒng)的雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的組成通常包含三個(gè)主要部分：風(fēng)輪、增速箱和 發(fā)電機(jī)?，F(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機(jī)組增加了偏航系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等。 在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，當(dāng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)并網(wǎng)時(shí)，要求風(fēng)力發(fā)電機(jī)組發(fā)電的頻 率與電網(wǎng)的頻率保持一致，即保持頻率恒定。雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組就是采用雙饋發(fā)電機(jī)， 轉(zhuǎn)子采用雙向四象限運(yùn)行變流器 并網(wǎng)的一種變速包頻機(jī)組。交流勵磁變速恒頻雙饋發(fā)電系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)：（ 1

9、)在原動機(jī)變速運(yùn)行場合中，實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)發(fā)電。雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)可 通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵磁電流的幅值、頻率與相位，在原動機(jī)速度變化時(shí)也可保證發(fā)出 恒定頻率的電能，從而提高了機(jī)組的運(yùn)行效率，延長了機(jī)組的使用壽命。（ 2)允許原動機(jī)在一定范圍內(nèi)變速運(yùn)行，可以在同步速上下30%轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運(yùn)行；簡化了調(diào)整裝置，減少了調(diào)速時(shí)的機(jī)械應(yīng)力。同時(shí)使機(jī)組控制更加靈活、 方便，提高了機(jī)組運(yùn)行效率。（ 3)調(diào)節(jié)勵磁電流幅值，可調(diào)節(jié)發(fā)出的有功功率；調(diào)節(jié)勵磁電流相位，可 調(diào)節(jié)發(fā)出的無功功率?？蓪?shí)現(xiàn)有功功率和無功功率的獨(dú)立調(diào)節(jié)， 達(dá)到改變功率角 使發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的目的。所以可通過交流勵磁使發(fā)電機(jī)吸收更多無功功率， 參 與電網(wǎng)的無功

10、功率調(diào)節(jié)，解決電網(wǎng)電壓升高的弊病，從而提高電網(wǎng)運(yùn)行效率、電 能質(zhì)量與穩(wěn)定性。（ 4)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)通過對轉(zhuǎn)子實(shí)施交流勵磁，精確地調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)定子輸 出電壓，使其滿足并網(wǎng)要求，實(shí)現(xiàn)安全快速的“柔性”并網(wǎng)操作。（ 5 ）需要變頻控制的功率僅是電機(jī)額定容量的一部分，使變頻裝置體積減小，成本降低，投資減少。雙饋式發(fā)電系統(tǒng)缺點(diǎn)如下：（ 1 ）雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組低風(fēng)速下的風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)速也很低，直接用風(fēng)輪機(jī)帶動雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)子將滿足不了雙饋發(fā)電機(jī)對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的要求， 必須引入齒輪箱升速后，再同雙饋發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接進(jìn)行發(fā)電。然而齒輪箱成本很高，且易出現(xiàn)故障，需要經(jīng)常維護(hù)， 可靠性差； 同時(shí)齒輪箱也是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生噪聲污染

11、的一個(gè)主要因素。（ 2 ）當(dāng)?shù)拓?fù)荷運(yùn)行時(shí)，效率低。（ 3 ）電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組帶有滑環(huán)、碳刷，增加維護(hù)和故障率。（ 4 ）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。（四）從市場生產(chǎn)角度，比對兩種類型風(fēng)機(jī)的趨勢目前國內(nèi)外風(fēng)電市場中的主流技術(shù)為雙饋轉(zhuǎn)子變頻技術(shù)和全功率變頻技術(shù)。雙饋技術(shù)是國內(nèi)外的主流技術(shù)。如 Vestas 、 GE、 Siemens 、 Sulzon 、華銳、東汽等國內(nèi)外主流廠家都采用雙饋技術(shù)，并在積極研制大功率機(jī)組，如華銳的3MW 和 5MW 海上雙饋機(jī)組， Vestas 的 3MW-V90 雙饋機(jī)組， Repower 的 5MW 雙饋機(jī)組。當(dāng)前，雙饋機(jī)型的生產(chǎn)企業(yè)主要有：Vestas（丹麥）、GE（美國）、Gamesa（西班牙 ）、 REpower（ 德國 ） 、 Nordex（ 德國）、聯(lián)合動力、蘇司蘭、華銳、東汽、上海電氣等。 基于此出發(fā)點(diǎn)， 聯(lián)合動力的主要產(chǎn)品是1.5MW 變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，以及正在研發(fā)的 3MW 海上雙饋機(jī)組。直驅(qū)型發(fā)電機(jī)組的生產(chǎn)廠家主要有：ENERCON（德國）