直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)與優(yōu)勢

　　為促進(jìn)我國直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的研究和應(yīng)用，結(jié)合雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)行控制技術(shù)、并網(wǎng)控制技術(shù)綜述，通過分析對(duì)比，總結(jié)出直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)和優(yōu)勢。

　　0 引　言
　　隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量的增大，雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組存在的齒輪箱故障率高、油脂污染、噪聲等缺陷日益突出，加之電機(jī)滑環(huán)和碳刷故障率高等問題，使得雙饋型風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)可靠性差、維護(hù)量大。尤其是隨著機(jī)組單機(jī)容量的增大，更加突顯出在低負(fù)荷運(yùn)行情況下效率較低的缺陷。而因直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用了葉輪對(duì)發(fā)電機(jī)的直接驅(qū)動(dòng)方式，減少了中間齒輪箱增速環(huán)節(jié)，使得系統(tǒng)運(yùn)行可靠性提高；發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)選擇了永磁勵(lì)磁技術(shù)，省除了勵(lì)磁繞組、碳刷和滑環(huán)，使得發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單且技術(shù)可靠性高，不僅對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行影響小，還能提高發(fā)電效率；并且在運(yùn)行時(shí)，不需要從電網(wǎng)吸取無功功率來建立磁場，可以改善電網(wǎng)的功率系數(shù)；另外因采用了全功率變頻器（AC-DC-AC）耦合電網(wǎng)，提高了機(jī)組的效率和可靠性，降低了設(shè)備的維護(hù)量和減少了污染，更容易實(shí)現(xiàn)低電壓穿越和有功調(diào)節(jié)功能，更好滿足電網(wǎng)對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組提出的并網(wǎng)要求。
　　本文對(duì)直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、運(yùn)行控制技術(shù)、并網(wǎng)控制技術(shù)等方面與雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行了分析對(duì)比，介紹了直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢，希望為我國的直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的理論研究和應(yīng)用提供參考。

圖2：直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)

　　1. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最主要的部分就是發(fā)電機(jī)、傳動(dòng)鏈、控制系統(tǒng)。
　　1.1 雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組即風(fēng)輪通過多級(jí)齒輪增速箱驅(qū)動(dòng)雙饋異步發(fā)電機(jī)，主要結(jié)構(gòu)包括風(fēng)輪、傳動(dòng)裝置、發(fā)電機(jī)、控制系統(tǒng)等組成（結(jié)構(gòu)見圖1）。
　　雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速比較高，風(fēng)輪必須通過齒輪箱增速連接發(fā)電機(jī)，雙饋發(fā)電機(jī)存在碳刷和滑環(huán)，使得系統(tǒng)成本高、可靠性差、維護(hù)量大、齒輪箱噪聲和漏油污染。雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組機(jī)械最大的難點(diǎn)就是5-10 年需要更換齒輪箱，機(jī)組的后期維護(hù)成本太高，又需要定期維護(hù)發(fā)電機(jī)碳刷，由于定子電流比較大，對(duì)滑環(huán)的要求也很高。
　　1.2 直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組即風(fēng)輪直接驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)，主要結(jié)構(gòu)包括風(fēng)輪、傳動(dòng)裝置、發(fā)電機(jī)、控制系統(tǒng)等組成（結(jié)構(gòu)見圖2）。
　　直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉輪直接驅(qū)動(dòng)永磁同步發(fā)電機(jī)，通過全功率變頻器（AC-DC-AC）與電網(wǎng)連接，由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速低，通常發(fā)電機(jī)極對(duì)數(shù)較多，低轉(zhuǎn)速，大轉(zhuǎn)矩，徑向尺寸較大，軸向尺寸較小，呈圓環(huán)狀；由于省去了齒輪增速箱環(huán)節(jié)，從而簡化了傳動(dòng)鏈，提高了系統(tǒng)效率，降低了機(jī)械噪聲，減小了維修量，提高了機(jī)組的壽命和運(yùn)行可靠性；發(fā)電機(jī)通過變頻器（AC-DC-AC）與電網(wǎng)隔離，因此其應(yīng)對(duì)電網(wǎng)故障的能力更強(qiáng)，更容易實(shí)現(xiàn)低電壓穿越功能。