雙饋型風(fēng)機(jī)與直驅(qū)型風(fēng)機(jī)的比較分析

1、雙饋型風(fēng)機(jī)與直驅(qū)型風(fēng)機(jī)的比較分析學(xué)號(hào)： 學(xué)院（系）：專業(yè)：姓名：自動(dòng)化學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化2013年1月雙饋型風(fēng)機(jī)與直驅(qū)型風(fēng)機(jī)的比較分析1、引言1.1風(fēng)力發(fā)電的背景風(fēng)力發(fā)電是電力可持續(xù)發(fā)展的最佳戰(zhàn)略選擇。清潔、高效成為能源生產(chǎn)和 消費(fèi)的主流,世界各國(guó)都在加快能源發(fā)展多樣化的步伐。從20世紀(jì)90年代開 始，世界能源電力市場(chǎng)發(fā)展最為迅速的已經(jīng)不再是石油、煤和天然氣，而是太陽(yáng)能 發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電等可再生能源。世界各地都在通過立法或不同的優(yōu)惠政策積極激 勵(lì)、扶持發(fā)展風(fēng)電技術(shù)，而中國(guó)是風(fēng)能資源較豐富的國(guó)家，更需要開發(fā)利用風(fēng)電 技術(shù)。技術(shù)創(chuàng)新使風(fēng)電技術(shù)日益成熟。目前，在發(fā)達(dá)國(guó)家風(fēng)電的年裝機(jī)容量以35.7%

2、 高速度增長(zhǎng)。一個(gè)重要原因是各國(guó)積極以科學(xué)的發(fā)展觀,采取技術(shù)創(chuàng)新，使風(fēng)電技 術(shù)日益成熟。目前單機(jī)容量500kW、600kW、750kW的風(fēng)電機(jī)組已達(dá)到批量商 業(yè)化生產(chǎn)的水平，并成為當(dāng)前世界風(fēng)力發(fā)電的主力機(jī)型，兆瓦級(jí)的機(jī)組也已經(jīng)開發(fā) 出來(lái)，并投入生產(chǎn)試運(yùn)行。同時(shí)，在風(fēng)電機(jī)組葉片設(shè)計(jì)和制造過程中廣泛采用了新 技術(shù)和新材料，風(fēng)電控制系統(tǒng)和保護(hù)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，有效 地提高風(fēng)力發(fā)電總體設(shè)計(jì)能力和水平,而且新材料和新技術(shù)對(duì)于增強(qiáng)風(fēng)電設(shè)備的 保護(hù)功能和控制功能也有重大作用。風(fēng)力發(fā)電將能迅速緩解我國(guó)能源急需和電力短缺的局面，近兩年中國(guó)出現(xiàn)大 面積的缺電，風(fēng)能發(fā)電對(duì)于緩解缺電具有非同尋常的意義

3、。風(fēng)電的諸多優(yōu)勢(shì)中， 一個(gè)重要特點(diǎn)是風(fēng)電上馬快，不像火電、水電的建設(shè)需要按年來(lái)計(jì)算，風(fēng)電在有 風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)的前提下其建設(shè)只需要以周、月來(lái)計(jì)算，即風(fēng)場(chǎng)是可以在短時(shí)間內(nèi)完成 的。世界風(fēng)電正在以33%甚至在部分國(guó)家以60%以上的增速發(fā)展，我國(guó)完全有 可能以迅速發(fā)展風(fēng)電的模式來(lái)解決我國(guó)燃眉之急的電力短缺。1.2世界風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入二十一世紀(jì)之后，隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，新材料的涌現(xiàn)以及工 藝的不斷完善，世界風(fēng)力發(fā)電技術(shù)又向前邁進(jìn)了一大步，主要表現(xiàn)如下：（1）風(fēng)力發(fā)電單機(jī)容量繼續(xù)穩(wěn)步上升。在風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域內(nèi)，“更大，更好” 在近些年中一直是所有風(fēng)機(jī)研究、設(shè)計(jì)和制造商所信奉的原則之一。為了降低風(fēng) 力發(fā)

4、電的成本，提高風(fēng)電的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，隨著現(xiàn)代風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展與日趨成熟, 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的技術(shù)沿著增大單機(jī)容量、減輕單位千瓦重量、提高轉(zhuǎn)換效率的方 向發(fā)展。（2）變槳調(diào)節(jié)方式迅速取代失速功率調(diào)節(jié)方式。失速調(diào)節(jié)方式的主要缺陷是：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的性能受葉片失速性能的限制，額定風(fēng)速較高，在風(fēng)速超過額 定值時(shí)發(fā)電功率有所下降。采用變槳調(diào)節(jié)方式能充分克服以上缺陷，故得到了迅 速的應(yīng)用。（3）變速恒頻方式迅速取代恒速恒頻方式。變速恒頻方式通過控制發(fā)電機(jī) 的轉(zhuǎn)速，能使風(fēng)力機(jī)的葉尖速比（tip speed ratio）接近最佳值，從而最大限度的利 用風(fēng)能，提咼風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行效率。（4）無(wú)齒輪箱系統(tǒng)的市場(chǎng)份額迅速擴(kuò)大。齒

5、輪傳動(dòng)不僅降低了風(fēng)電轉(zhuǎn)換效率和產(chǎn)生噪音，是造成機(jī)械故障的主要原因，而且為減少機(jī)械磨損需要潤(rùn)滑清洗 等定期維護(hù)。采用無(wú)齒輪箱的直驅(qū)方式雖然提高了電機(jī)的設(shè)計(jì)成本，但卻有效的 提高了系統(tǒng)的效率以及運(yùn)行可靠性。近幾年直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)在風(fēng)電領(lǐng)域得到了重 視，這種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用多極發(fā)電機(jī)與葉輪直接連接進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的方式，從而免 去了齒輪箱這一傳統(tǒng)部件，由于其具有很多技術(shù)方面的優(yōu)點(diǎn)，特別是采用永磁發(fā) 電機(jī)技術(shù)，其可靠性和效率更高，處于當(dāng)今國(guó)際上領(lǐng)先地位，在今后風(fēng)電機(jī)組發(fā) 展中將有很大的發(fā)展空間。2、雙饋式系統(tǒng)2.1雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)雙饋式發(fā)電機(jī)是變速運(yùn)行風(fēng)電系統(tǒng)的一種，其模型如圖1.1所示，包括風(fēng)力機(jī)、 齒輪箱、感

6、應(yīng)發(fā)電機(jī)、PWM變頻器和直流側(cè)電容器等。雙饋機(jī)的定子與電網(wǎng)直 接連接，轉(zhuǎn)子通過兩個(gè)變頻器連接到電網(wǎng)，機(jī)組可在較大速度范圍內(nèi)運(yùn)行，與電 網(wǎng)之間實(shí)現(xiàn)能量雙向傳輸。當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行在超同步速度時(shí)，發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子同 時(shí)向電網(wǎng)輸送能量;而當(dāng)運(yùn)行在亞同步速度時(shí)，電網(wǎng)通過變頻器向轉(zhuǎn)子輸送功率。 直流側(cè)電容器的作用是維持直流母線電壓恒定。與恒速風(fēng)力機(jī)不同，其功率控制 方式為變槳距控制，即槳葉節(jié)距角隨著風(fēng)速的改變而改變，從而使風(fēng)力機(jī)在較大 范圍內(nèi)按最佳參數(shù)運(yùn)行，以提高風(fēng)能利用率。當(dāng)風(fēng)速增大到額定值以上時(shí)， 葉片與輪轂問的軸承機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)使葉片槳距角增大，攻角減小，從而減小翼型的升 力，達(dá)到控制風(fēng)力機(jī)葉片的扭矩和限制風(fēng)

7、機(jī)捕獲的功率。圖1. 1雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)是目前世界各國(guó)風(fēng)力發(fā)電的研究熱點(diǎn)之一，我國(guó)已有部分地 區(qū)的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)開始使用這種發(fā)電系統(tǒng)。相對(duì)于傳統(tǒng)的恒速發(fā)電系統(tǒng)其性能優(yōu)勢(shì) 體現(xiàn)在：（1）降低輸出功率的波動(dòng)和機(jī)組的機(jī)械應(yīng)力；（2）不需要無(wú)功補(bǔ)償裝置； （3）可以追蹤最大風(fēng)能，提咼風(fēng)能利用率；（4）控制轉(zhuǎn)子電流就可以在大范圍內(nèi)控 制電機(jī)轉(zhuǎn)差率、有功功率和無(wú)功功率，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性；（5）在轉(zhuǎn)子側(cè)控制功 率因數(shù)，可提高電能質(zhì)量；（6）變頻器容量?jī)H占發(fā)電機(jī)額定容量的25%左右，與 其它全功率變頻器相比大大降低變頻器的損耗及投資。因此，目前的大型風(fēng)力發(fā) 電機(jī)組一般是這種變槳距控制的雙饋

8、式風(fēng)力機(jī)，但其主要缺點(diǎn)在于控制方式相對(duì) 復(fù)雜，機(jī)組價(jià)格昂貴。211雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)概述圖1. 2雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1. 2所示。系統(tǒng)主要有以下部分組成： 風(fēng)能捕獲裝置（風(fēng)機(jī)）、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、雙饋發(fā)電機(jī)組、背靠背變流器以及網(wǎng)側(cè) 變壓器?？梢钥闯?，變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中背靠背變流器包括轉(zhuǎn)子側(cè)變 流器與網(wǎng)側(cè)變流器兩部分組成，直流側(cè)電容位于兩個(gè)變流器之間，以保持直流側(cè) 電壓的穩(wěn)定。轉(zhuǎn)子側(cè)變流器不但可以控制雙饋電子的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速，而且可以 控制雙饋電子定子側(cè)并網(wǎng)功率因數(shù)；網(wǎng)側(cè)變流器的主要作用則是維持直流側(cè)電 壓的穩(wěn)定。從雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)速一轉(zhuǎn)矩特性曲線圖1. 3可以看

9、出，雙饋電機(jī)在同步轉(zhuǎn)速烈的 +Aco,速度范圍內(nèi)，既可以做電動(dòng)運(yùn)行，又可以做發(fā)電運(yùn)行，雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng) 通常在土 30 %的同步轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)有界的變速運(yùn)行。發(fā)電機(jī)Mg1. 3雙饋電機(jī)轉(zhuǎn)速一轉(zhuǎn)矩特性繞線式雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行過程為：額定風(fēng)速以下時(shí)，通過變流器來(lái)控 制發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的電磁轉(zhuǎn)矩，控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)速跟隨風(fēng)速變化，使其運(yùn)行在最優(yōu)葉尖 速比名狀態(tài)下，從而可以捕獲最大風(fēng)能；當(dāng)風(fēng)速高于額定風(fēng)速時(shí)，通過變槳距 機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)槳距角，使其捕獲恒定風(fēng)能，限制了系統(tǒng)功率的增加，提高傳動(dòng) 系統(tǒng)柔性，使功率輸出平穩(wěn)。綜上所述，變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由于其可以在保證輸出電能幅值和 頻率均恒定的條件下，通過調(diào)節(jié)雙饋

10、發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行轉(zhuǎn)速使其捕獲到最大風(fēng)能 并能通過變槳距機(jī)構(gòu)保證其功率捕獲不會(huì)無(wú)限增加，因此得到廣泛的應(yīng)用。2.1效饋風(fēng)力發(fā)電風(fēng)機(jī)運(yùn)行工況下面將變速恒頻雙饋風(fēng)力發(fā)系統(tǒng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀況予以簡(jiǎn)單介紹, 如圖1. 4所示，正常情況下風(fēng)機(jī)的運(yùn)行特性可以劃分 為四段，即四種運(yùn)行模式：I II ID E切入鳳速鳳速切出風(fēng)速I II ID E切入鳳速鳳速切出風(fēng)速圖1. 4風(fēng)力發(fā)電機(jī)不同運(yùn)行模式下的功率曲線模式I（AB）：當(dāng)風(fēng)速較低，在切入風(fēng)速附近時(shí)，此時(shí)相應(yīng)的雙饋電機(jī)的轉(zhuǎn)速也 較低。此模式下為了使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速運(yùn)行較為平穩(wěn)，在該模式中風(fēng)機(jī)通常保持恒速 運(yùn)行。模式II（BC）：此模式中風(fēng)機(jī)及發(fā)電機(jī)組的旋轉(zhuǎn)速度在最小速度與

11、額定速度之 間，為了最大限度的利用風(fēng)能，在此模式中通常采用最大功率點(diǎn)跟蹤控制技術(shù)， 維持風(fēng)機(jī)運(yùn)行在最佳葉尖速比上，并獲取最大風(fēng)能利用系數(shù)，以提高風(fēng)力發(fā)電的 效率。模式III（CD）：在此模式下，由于風(fēng)機(jī)所設(shè)計(jì)的機(jī)械強(qiáng)度、容許的噪聲以及變 流器的容量等因素的限制，通常需要對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度進(jìn)行限制。風(fēng)機(jī)和 發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速被限制在額定轉(zhuǎn)速，即恒速運(yùn)行，此時(shí)由于風(fēng)速的上升風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn) 矩將繼續(xù)上升，進(jìn)而使其捕獲的功率也在上升，發(fā)電機(jī)組發(fā)出的功率也在增加。 模式IV（DE）:隨著風(fēng)速的進(jìn)一步增大，風(fēng)機(jī)的輸出功率將繼續(xù)上升，但是由 于風(fēng)機(jī)和變流器等裝置的機(jī)械、電氣特性限制，在風(fēng)速較大時(shí)通常需要對(duì)風(fēng)機(jī)所

12、捕獲功率進(jìn)行限制，在這一過程中風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速依然保持不變，因此需要調(diào)節(jié)槳距 角進(jìn)行配合控制以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)捕獲功率的限制。在此模式下，由于風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變, 因此隨著風(fēng)速的增加風(fēng)機(jī)的葉尖速比A在減小，再配合槳距角的增加使得風(fēng)機(jī) 的風(fēng)能利用系數(shù)C,將逐漸降低，從而起到限制風(fēng)機(jī)捕獲功率的作用。2.2.1雙饋異步電機(jī)圖1. 5繞線轉(zhuǎn)子型異步雙饋電機(jī)圖1.25的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)由雙饋異步電機(jī)構(gòu)成，定子繞組直接連接到電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子 側(cè)變流器過四象限運(yùn)行背靠背雙PWM變流器連接到電網(wǎng)，可以使用晶閘管變 流器，但是它們有一定的性能限制。通常，轉(zhuǎn)子側(cè)變流器調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)電磁轉(zhuǎn)矩，提 供部分無(wú)功功率用于維持電機(jī)磁場(chǎng)。另外，通過電源側(cè)變流

13、器調(diào)節(jié)直流連接電壓。 與同步電機(jī)相比，使用雙饋電機(jī)有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）減小了逆變器損失，因?yàn)槟孀兤鞴β手恍铻檎麄€(gè)系統(tǒng)總功率的1/4,這是 因?yàn)樽兞髌髦恍枰刂妻D(zhuǎn)子滑差功率。（2）減小逆變器和電磁噪聲濾波損失。（3）在外部擾動(dòng)下，雙饋電機(jī)具有更好的魯棒性和可靠性。雙饋電機(jī)的缺點(diǎn)就是使用滑環(huán)，需要定期維修，這極為不方便，尤其是用于海上 風(fēng)力發(fā)電時(shí)。2.2.2無(wú)刷雙饋發(fā)電機(jī)系統(tǒng)如圖1.6所示，采用的發(fā)電機(jī)為無(wú)刷雙饋發(fā)電機(jī)。其定子有兩套極數(shù)不 同的繞組，一個(gè)稱為功率繞組，直接接電網(wǎng)；另一個(gè)稱為控制繞組，通過雙向變 頻器接電網(wǎng)，如圖1.6所示。（定子繞組也可只有一套繞組，但需有6個(gè)出 線端，3個(gè)為功率端口

14、，接工頻電網(wǎng)；另外3個(gè)出線端為控制端口，通過變頻 器接電網(wǎng)）。其轉(zhuǎn)子為籠型或磁阻式結(jié)構(gòu)，無(wú)需電刷和滑環(huán)，轉(zhuǎn)子的極數(shù)應(yīng)為定 子兩個(gè)繞組極對(duì)數(shù)之和。圖1. 6無(wú)刷雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)這種無(wú)刷雙饋發(fā)電機(jī)定子的功率繞組和控制繞組的作用分別相當(dāng)于交流勵(lì)磁雙饋發(fā)電機(jī)的定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組，因此，盡管這兩種發(fā)電機(jī)的運(yùn)行機(jī)制有著本 質(zhì)的區(qū)別，但卻可以通過同樣的控制策略實(shí)現(xiàn)變速恒頻控制。盡管這種變速恒頻 控制方案是在定子電路實(shí)現(xiàn)的，但流過定子控制繞組的功率僅為無(wú)刷雙饋發(fā)電機(jī) 總功率的一小部分，因此圖1.6中所示的雙向變頻器的容量也僅為發(fā)電機(jī)容量 的一小部分。這種采用無(wú)刷雙饋發(fā)電機(jī)的控制方案除了可實(shí)現(xiàn)變速恒頻控制，降低

15、變頻器 的容量外，還可實(shí)現(xiàn)有功、無(wú)功功率的靈活控制，對(duì)電網(wǎng)而言可起到無(wú)功補(bǔ)償?shù)?作用，同時(shí)發(fā)電機(jī)本身沒有滑環(huán)和電刷，既降低了電機(jī)的成本，又提高了系統(tǒng)運(yùn) 行的可靠性。風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)還可以采用其他電機(jī)，變磁阻電機(jī)，雙速異步電機(jī)，但是它們 的技術(shù)目前還不夠成熟，需要進(jìn)一步的研究開發(fā)。3、直驅(qū)電機(jī)31直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的風(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子直接耦合，所以發(fā)電機(jī)的輸出端電 壓、頻率隨風(fēng)速的變化而變化。要實(shí)現(xiàn)風(fēng)力機(jī)組并網(wǎng)，需要保證機(jī)組電壓的幅值、 頻率、相位、相序與電網(wǎng)保持一致。在該風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，采用風(fēng)力機(jī)直接驅(qū)動(dòng)低速永磁同步交流電機(jī)產(chǎn)生電能。使 用直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)，在風(fēng)力機(jī)與交流發(fā)電機(jī)之間不

16、需要安裝升速齒輪箱，因而減少 了維修周期，降低由于齒輪箱造成的噪聲污染，在低風(fēng)速時(shí)具有更高的效率。該 系統(tǒng)中的低速交流發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子極數(shù)遠(yuǎn)多于普通交流同步發(fā)電機(jī)的極數(shù)，因此這 種電機(jī)的轉(zhuǎn)子外圓及定子內(nèi)徑尺寸大大增加，而其軸向長(zhǎng)度則相對(duì)很短，呈圓盤 形狀，為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)，減小發(fā)電機(jī)的體積和質(zhì)量，采用永磁電機(jī)是具 有較大的優(yōu)勢(shì)。直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 一 7所示。圖1. 7直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)電系統(tǒng)將發(fā)電機(jī)發(fā)出的全部交流電經(jīng)整流/逆變裝置轉(zhuǎn)換后并入電網(wǎng)，因此需 要采用大功率的電力電子器件IGBT（絕緣柵極雙極型晶體管）是一種結(jié)合大功率 晶體管及功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管兩者

17、特點(diǎn)的復(fù)合型電力電子器件，既具有工作速度 快，驅(qū)動(dòng)功率小的優(yōu)點(diǎn)，又兼有大功率晶體管的電流能力大，導(dǎo)通壓降低的優(yōu)點(diǎn)。 直流環(huán)節(jié)并有一大電容，可維持母線電壓恒定該風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）永磁同步發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重 量輕、損耗小、效率高、可靠性高的特點(diǎn)。該系統(tǒng)中的永磁同步發(fā)電機(jī)是低速電 機(jī)，它能與風(fēng)力機(jī)很好的匹配，風(fēng)力機(jī)可以和永磁發(fā)電機(jī)直接耦合，省去了其它 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中的增速箱，使機(jī)組結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，減少發(fā)電機(jī)的維護(hù)工作并且降 低噪聲；（2）該方案在一定程度上實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的解耦控制，提高系統(tǒng)運(yùn)行可靠性； 可以獨(dú)立設(shè)計(jì)逆變器部分。其缺點(diǎn)就是需要兩個(gè)全功率電力變換器，但比起升速 系統(tǒng)所

18、采用的升速齒輪箱結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)的應(yīng)用，應(yīng)該還是以后風(fēng)電領(lǐng)域的一個(gè)趨 勢(shì)。如Enercon公司生產(chǎn)的2MW系列型號(hào)E 一 82采用變速變槳距無(wú)齒輪直接 驅(qū)動(dòng)技術(shù)。311直驅(qū)系統(tǒng)概述直驅(qū)系統(tǒng)機(jī)型中，DDEESG需要通過滑環(huán)和電刷實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組電流的控 制，而滑環(huán)和電刷存在滑動(dòng)接觸，長(zhǎng)期運(yùn)行故障率較高，同時(shí)DDEESG系統(tǒng)中 發(fā)電機(jī)龐大的體積和重量也嚴(yán)重制約其推廣，因此當(dāng)前除Enercon公司裝機(jī)的直 驅(qū)型機(jī)組有DDEESG機(jī)型外，其它直驅(qū)系統(tǒng)均采用了 DDPMSG類型。直驅(qū)系統(tǒng)的研究始于20多年前，但由于電氣技術(shù)和成本等原因，發(fā)展較慢。隨 著近幾年半導(dǎo)體器件和永磁材料制造技術(shù)的發(fā)展，其優(yōu)勢(shì)才逐漸

19、凸現(xiàn)。德國(guó)西門 子公司開發(fā)的（直驅(qū)式）無(wú)齒輪同步發(fā)電機(jī)安裝在當(dāng)時(shí)世界最大的挪威風(fēng)力發(fā)電 場(chǎng)，最高效率達(dá)98%。2000年，ABB公司成功研制了巨型可變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組， 其中包括永磁式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的高壓風(fēng)力發(fā)電機(jī)Windformer，容量3兆瓦、高約70 米、風(fēng)扇直徑約90米。2003年，日本三菱重工首度完全自行制造的2兆瓦型號(hào) 為MWT-S2000型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，在Okinawa電力公司開始試運(yùn)行，機(jī)組采用小尺 寸的變速無(wú)齒輪永磁同步電機(jī)，新型輕質(zhì)葉片。當(dāng)前，雖然采用DDPMSG的風(fēng)機(jī)廠商數(shù)量仍然不多，但發(fā)貨量卻占總裝機(jī)的比 例不斷上升，2007年新增風(fēng)電機(jī)組中，直驅(qū)系統(tǒng)已占15%。目前較知名的直驅(qū)

20、 整機(jī)供應(yīng)商有三家，分別為：Enercon公司，最近幾年其出貨量均為全球前5 名；Vensys也是國(guó)內(nèi)比較熟悉的廠商，金風(fēng)科技引進(jìn)的就是它的1. 2Mw型， 其主流機(jī)型有1. 2MW和1. 5MW各兩款；Clipper公司，近兩年在美國(guó)的發(fā) 展勢(shì)頭相當(dāng)迅猛，其主力2. 5MW機(jī)組有89 / 93 / 96 / 99四種機(jī)型，內(nèi)裝4臺(tái)永磁同步發(fā)電機(jī)，絕緣級(jí)別H，冷卻方式為空冷，若其中一個(gè)故障，仍可連續(xù) 運(yùn)行，可靠性很好洲。國(guó)內(nèi)，多家企業(yè)也開始進(jìn)軍DDPMSG領(lǐng)域，最為著名的便是具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán) 的新疆金風(fēng)科技股份公司DDPMSG系列，其國(guó)內(nèi)年裝機(jī)容量始終排在前兩名， 其它如湘潭電機(jī)集團(tuán)與日本原弘

21、產(chǎn)株式會(huì)社合資組建（2007年改為湘電集團(tuán)獨(dú)資） 的湖南湘電風(fēng)能有限公司，其2兆瓦DDPMSG機(jī)型早在2007年便已試機(jī)成功， 當(dāng)前也已大批量裝機(jī)；廣西銀河艾萬(wàn)迪斯風(fēng)力發(fā)電有限公司與德國(guó)AVAVTIS公 司聯(lián)合推出的2. 5兆瓦的PMSG也于2008年二季度完成樣機(jī)：山東瑞其能、 山東魯科、江西麥德、力德風(fēng)力發(fā)電（江西）有限責(zé)任公司等也分別研制出1. 5 兆瓦永磁同步直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)等。311直驅(qū)系統(tǒng)的基本理論和主要部件介紹 直驅(qū)系統(tǒng)主要由風(fēng)力機(jī)（這里概括為：葉片、輪轂、導(dǎo)航罩）、變槳機(jī)構(gòu)、機(jī)艙、 塔筒、偏航機(jī)構(gòu)、永磁同步發(fā)電機(jī)、風(fēng)速儀、風(fēng)向標(biāo)、變流器、風(fēng)機(jī)總控系統(tǒng)等 組成。就空間位置而言，交流器和風(fēng)機(jī)總控系統(tǒng)一般放在塔筒底部，其余主要部 件均位于塔頂。系統(tǒng)中能量傳遞和轉(zhuǎn)換路徑為：風(fēng)力機(jī)把捕獲的流動(dòng)空氣的動(dòng)能 轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，直驅(qū)系統(tǒng)中的永磁同步發(fā)電機(jī)把風(fēng)力機(jī)傳遞的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為頻率 和電壓隨風(fēng)速變化而變化的不控電能，變流器把不控的電能轉(zhuǎn)換為頻率和電壓與 電網(wǎng)同步的可控電能并饋入電網(wǎng)，從而最終實(shí)現(xiàn)直驅(qū)系統(tǒng)的發(fā)電并網(wǎng)控制。圖 1. 8為一種典型直驅(qū)系統(tǒng)主要部件在空間位置上的總體布局，圖中葉片裝在導(dǎo) 航 罩上。圖1. 8典型直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)