淺析水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)(圖表)

　　3. 各種“全功率變流”技術(shù)爭(zhēng)相發(fā)展
　　相對(duì)于雙饋部分功率變流機(jī)組而言，全功率變流技術(shù)使機(jī)組在更寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運(yùn)行，因而提升了機(jī)組的發(fā)電量。據(jù)相關(guān)資料顯示，2MW 高速永磁機(jī)組采用高速永磁全功率變流技術(shù)，年發(fā)電量比雙饋機(jī)組要高5% 左右。直驅(qū)機(jī)組就是典型的全功率變流機(jī)組，但是隨著單機(jī)容量的增加，直驅(qū)機(jī)組重量增加特別明顯（如表1 所示），由此帶來成本、運(yùn)輸、吊裝、維修等一些列的問題，因而出現(xiàn)了各種帶齒輪箱的全功率變流機(jī)組。

常見的全功率變流機(jī)組除直驅(qū)以外，還有半直驅(qū)、混合驅(qū)動(dòng)或緊湊型等中速永磁機(jī)組，高速永磁機(jī)組，以及采用高速籠型異步發(fā)電機(jī)的全功率變流機(jī)組。從某種意義上講，他們都是直驅(qū)和雙饋機(jī)組的折中方案。因?yàn)樗麄兗缺Ａ袅酥彬?qū)的全功率變流技術(shù)，縮減了直驅(qū)發(fā)電機(jī)的重量和尺寸，又借鑒了雙饋的增速齒輪傳動(dòng)，提高了機(jī)組的綜合效率。通過折中之后，齒輪箱和發(fā)電機(jī)兩大部件在重量上都將得到顯著的降低。
　　目前，除直驅(qū)以外，上述各種全功率變流技術(shù)在國內(nèi)尚未大規(guī)模批量化應(yīng)用，特別是半直驅(qū)技術(shù)。據(jù)悉， 價(jià)格昂貴是目前半直驅(qū)技術(shù)大規(guī)模推廣應(yīng)用的主要障礙，但通過集成化設(shè)計(jì)及規(guī)?；a(chǎn)，其競(jìng)爭(zhēng)力將越來越強(qiáng)。例如，Winergy 公司近年來推出的HybridDrive 混合驅(qū)動(dòng)技術(shù)，通過采用齒輪箱與發(fā)電機(jī)集成設(shè)計(jì)，傳動(dòng)鏈重量實(shí)現(xiàn)了最小化，傳動(dòng)鏈的長(zhǎng)度也可縮短35% ～ 50%[12]。此外，齒輪箱和發(fā)電機(jī)兩大部件采用獨(dú)立拆卸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，特別適合于海上風(fēng)電的維護(hù)需求。因此，在傳動(dòng)系統(tǒng)中采用集成化設(shè)計(jì)和緊湊型結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是未來特大型風(fēng)電機(jī)組的發(fā)展趨勢(shì)。
　　4. “同步級(jí)并網(wǎng)”的提出
　　可以說，由于提升了電網(wǎng)中風(fēng)電的穿透水平，電力電子技術(shù)催生了現(xiàn)代風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的繁榮。但是，由于風(fēng)電與生俱來的不穩(wěn)定性和可調(diào)控性差等毛病，在其電網(wǎng)穿透率不斷提升的過程中，對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行也造成了極大的隱患。特別是近幾年，由于低電壓穿越能力的普遍缺失、風(fēng)場(chǎng)無功控制不到位等方面的問題，致使機(jī)組大規(guī)模脫網(wǎng)事故頻發(fā)。而且，機(jī)組因低電壓脫網(wǎng)后往往導(dǎo)致系統(tǒng)無功過剩，進(jìn)而又引發(fā)高電壓脫網(wǎng)等次生事故。
　　對(duì)此，國家目前采取的解決辦法是對(duì)現(xiàn)有機(jī)組進(jìn)行低電壓穿越能力的技術(shù)改造，并為每臺(tái)機(jī)組增設(shè)無功補(bǔ)償裝置。截止2013 年9 月，國家風(fēng)電技術(shù)與監(jiān)測(cè)研究中心對(duì)全國247 個(gè)風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行了低電壓穿越能力技術(shù)改造的抽檢，最終98%的機(jī)組都獲得通過。但據(jù)了解，僅雙饋機(jī)組因低電壓穿越技術(shù)改造而花費(fèi)的成本就逾百億，將來若再進(jìn)行高電壓穿越技術(shù)改造，費(fèi)用更是不菲。
　　另一方面，通過采用全功率變流技術(shù)提升了機(jī)組的低電壓穿越性能，但即便如此，其對(duì)電網(wǎng)的支撐能力仍遠(yuǎn)遜于常規(guī)發(fā)電機(jī)組。與電力系統(tǒng)中大量使用的火力或水力同步發(fā)電機(jī)組相比，雙饋和直驅(qū)等主流機(jī)組的暫態(tài)過載能力較弱，在電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)雖能實(shí)現(xiàn)穿越，卻難以構(gòu)筑“堅(jiān)強(qiáng)”的電力系統(tǒng)。
　　為解決以上問題，國外效仿常規(guī)火力發(fā)電機(jī)組采用同步發(fā)電機(jī)直接并網(wǎng)的方式，首先提出了“同步級(jí)并網(wǎng)”風(fēng)電機(jī)組的概念。由于發(fā)電機(jī)本身就能發(fā)出電網(wǎng)所需的無功功率，因此不需要增設(shè)無功補(bǔ)償裝置，省去了技術(shù)改造的費(fèi)用。而要實(shí)現(xiàn)這種概念需對(duì)機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行恒速設(shè)計(jì)，使同步發(fā)電機(jī)始終恒速運(yùn)行，發(fā)出頻率和電壓與電網(wǎng)一致的電，然后直接并網(wǎng)。所以，該技術(shù)的另一個(gè)好處是省去了價(jià)格昂貴且國產(chǎn)化仍然不足的變流器。