目前国内的技术大抵可分为两种:一为双馈异步风力发电技术,另一为永磁直驱式技术。
双馈异步风力发电机为当前并网运行的主流机型。这种变桨变速技术可以利用电机的调速特性,使风轮变速运行,提高吸收风能效率,其优点应用IGBT先进技术的变频器连接,控制励磁电流的幅值,频率和相位,可以实现定子恒频恒压输出,发电机输出电压为690V,通过输出变压器升压接入电网,目前正在扩大范围应用。
双馈异步技术的最大优势为可利用电机调速的特性,使风能变速运行,提高吸收风能的效率,但是此结构也有不足:由于增速齿轮箱的存在,降低了风电转换效率,为了减少机械磨损,需要定期润滑、清洗、维护。
永磁直驱式同步发电机最大的特点是取消了增速齿轮箱,发电机轴直接连接到叶轮轴上,转子的转速随风速、风向、风力而改变,发电机发出的交流电的频率也随之变化。其优点为采用大功率电力电子变流器,将频率变化的交流电整流成直流电,再通过逆变器将直流电变为恒频交流电能,逆变成与电网同频率的交流电输出,最后通过升压变压器进入电网。
由于风力机转速比较低,永磁同步发电机的定子一般作成多极结构,转子采用永磁结构,省去了励磁绕组,减少传动链能量损失,消除了励磁损耗,减少停机时间,降低维护费用,提高风电转换效率。
同步电力要比异步电机调速范围更宽、运行更快,目前国内仍处于小批量生产阶段,装机容量还并不是很多,这将是今后风机发展的一种方向与趋势,国内的企业如金风、华瑞、东汽等都在生产。
但是该技术也存在不足之处:目前永磁材料价格高一些,变流器为全功率变流器,容量大、体积大、价格高、系统成本高。国内变流器技术处于研究试验和小批量应用阶段。技术上成熟有待不断提高。包括欧洲在内,这一技术还仍处于进一步研制阶段,我国目前的水平基本与国外同步。
同时应该注意到,现在在风力发电机中控制系统是整机优化的重要部分,上述风力发电机的主控室都采用远程计算机监控系统(配有风机远程监控柜),自启停,自动减速,自动保护,实现对风机的监测,控制和调节。连续监控风速、功率及系统部件的运行参数,使风机保持在最优的运行状态,因此今后控制系统应面向永磁直驱技术方向发展。
最后对于风电总体的发展,我持以下四个观点:
一、发展风电,风电场建设和电网建设必须同步。解决风电场接入电网问题,做到发得出、送得出,用得上。
二、发展风电,政策必须到位,并不断完善。
三、发展风电,必须提高自主开发能力、优化整机匹配、保证产品质量,在运行可靠性上下足功夫。
四、发展风电,技术服务必须形成社会化、上游下游产品形成产业链。
直驱永磁技术将成趋势
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