1. 简介
近年来,兆瓦级风机市场在以极快的速度增长着。金风公司在国内率先引导的直驱型风机,是其中很有前途的一种机型,其中主要使用的变流器是SWITCH公司的产品。在过去的两年里,SWITCH公司制造的全功率变流器和金风公司直驱型风机一同进步,逐渐成熟。
2. 金风直驱型风机的原理及特点
2.1. 直驱型风机之原理
兆瓦级风机市场上的主流是变浆变速风机,根据结构的不同又可以分为两种:双馈型和直驱型。双馈型采用双馈发电机,在转子绕组上串入可以四象限运行的变频器,控制定子绕组和电网之间的功率流动。这种结构对变频器的功率要求只有系统总功率的1/3左右。
图1:双馈型变流装置示意图
金风公司的直驱型风力发电机组采用永磁式发电机的形式,将电机定子绕组输出直接连接到全功率的变流器上,由变流器将电机输出变化的电压/电流转换为和接入电网电压和频率相匹配的形式。
图2:直驱型风力发电系统示意图
为了降低电机成本,希望变流器具有能够调节电机内磁场的功能,因此全功率四象限变流器就成为了直驱型风机变流器的首选。
2.2. 直驱型风机之优点及和双馈机型的异同
和双馈型风力发电机组相比,直驱型机组有如下特点:
优点包括:
省略了齿轮箱,机械系统大为简化,机械可靠性显著提高。
在发电机和电网之间采用了完全可控的全功率变流器进行功率转换,在电网侧能够自由的实现各种功能,如低电压穿越、动态无功补偿,甚至有限的谐波补偿能力。在接入网性能方面,直驱型机组具有无以伦比的优势。
由于少了齿轮箱等传动机构,且没有附加的励磁损耗,风机整体效率较双馈机组高,理论值为3%,在吉林、内蒙多个风况相同现场的实际差异则远高于此数值。
由于没有齿轮箱、碳刷等机构,机组需要定期维护的器件数量大大降低,长期维护成本较低。
由于直驱发电机的特点,使得直驱风机在低速时切入速度小于双馈机组,从而使整机的发电量和发电效率提高。
缺点是:
由于采用了低速电机,电机尺寸庞大,整体重量和成本较双馈机组更高。吊装、安装等成本也有所上升。