風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)

1、目錄目錄1風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分類特點(diǎn)21按照風(fēng)輪形式分類21.1 垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組21.2 水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組31.2.1 下風(fēng)向風(fēng)力發(fā)電機(jī)31.2.2 上風(fēng)向風(fēng)電機(jī)42按照有無齒輪箱分類4直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)4雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)7直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)和雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特性比較83按功率調(diào)節(jié)方式分類11定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)11變槳失速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組13變槳失速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行方式13變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組輸出功率的特點(diǎn)14風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的分類特點(diǎn)1按照風(fēng)輪形式分類垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組垂直軸風(fēng)輪按形成轉(zhuǎn)矩的機(jī)理分為阻力型和升力型。阻力型的氣動力效率遠(yuǎn)小于升力型，故當(dāng)今大型并網(wǎng)型垂直軸風(fēng)力機(jī)的風(fēng)輪全部為升力型。阻力型

2、的風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩是由兩邊物體阻力不同形成的，具典型代表是風(fēng)杯，大型風(fēng)力機(jī)不用。升力型的風(fēng)輪轉(zhuǎn)矩由葉片的升力提供，是垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主流，尤其是風(fēng)輪像打蛋形的最流行，當(dāng)這種風(fēng)輪葉片的主導(dǎo)載荷是離心力時(shí)，葉片只有軸向力而沒有彎矩，葉片結(jié)構(gòu)最輕。特點(diǎn)如下1）安全性。采用了垂直葉片和三角形雙支點(diǎn)設(shè)計(jì)，并且主要受力點(diǎn)集中于輪轂，因此葉片脫落、斷裂和葉片飛出等問題得到了較好的解決；2）噪音。采用了水平面旋轉(zhuǎn)以及葉片應(yīng)用飛機(jī)機(jī)翼原理設(shè)計(jì)，使得噪音降低到在自然環(huán)境下測量不到的程度；3）抗風(fēng)能力。水平旋轉(zhuǎn)和三角形雙支點(diǎn)設(shè)計(jì)原理，使得它受風(fēng)壓力小，可以抵抗每秒45米的超強(qiáng)臺風(fēng)；4）回轉(zhuǎn)半徑。由于其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和運(yùn)轉(zhuǎn)原理的

3、不同，比其他形式風(fēng)力發(fā)電具有更小的回轉(zhuǎn)半徑，節(jié)省了空間，同時(shí)提高了效率；5）發(fā)電曲線特性。啟動風(fēng)速低于其他形式的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，發(fā)電功率的上升幅度較平緩，因此在58米風(fēng)速范圍內(nèi)，它的發(fā)電量較其他類型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)高10330%6）利用風(fēng)速范圍。采用了特殊的控制原理，使它的適合運(yùn)行風(fēng)速范圍擴(kuò)大到2.525m/s,在最大限度利用風(fēng)力資源的同時(shí)獲得了更大的發(fā)電總量，提高了風(fēng)電設(shè)備使用的經(jīng)濟(jì)性；7）剎車裝置。可配置機(jī)械手動和電子自動剎車兩種，在無臺風(fēng)和超強(qiáng)陣風(fēng)的地區(qū)，僅需設(shè)置手動剎車即可；8）運(yùn)行維護(hù)。采用直驅(qū)式永磁發(fā)電機(jī)，無需齒輪箱和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，定期（一般每半年）對運(yùn)轉(zhuǎn)部件的連接進(jìn)行檢查即可。由于垂直軸風(fēng)電

4、機(jī)與水平軸風(fēng)電機(jī)比較其優(yōu)越性不多，現(xiàn)在已經(jīng)基本退出了市場。水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組水平軸（風(fēng)輪）風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，是指風(fēng)輪軸線基本與地面平行安置在垂直地面的塔架上，是當(dāng)前使用最廣泛的機(jī)型。水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組還可分為上風(fēng)向及下風(fēng)向兩種機(jī)型，上風(fēng)向機(jī)組其風(fēng)輪面對風(fēng)向，安置在塔架前方。上風(fēng)向機(jī)組需要主動調(diào)向機(jī)構(gòu)以保證風(fēng)輪能隨時(shí)對準(zhǔn)風(fēng)向。下風(fēng)向機(jī)組其風(fēng)輪背對風(fēng)向安置在塔架后方。當(dāng)前大型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)幾乎都是水平軸上風(fēng)向型。下風(fēng)向風(fēng)力發(fā)電機(jī)下風(fēng)向風(fēng)力發(fā)電機(jī)，只在中、小功率機(jī)型中出現(xiàn)過。下風(fēng)向風(fēng)電機(jī)的特點(diǎn)是：1）風(fēng)輪（被動）對風(fēng)，不需要偏航驅(qū)動機(jī)構(gòu)。因?yàn)轱L(fēng)輪處于塔架的下風(fēng)向是靜平衡狀態(tài)，實(shí)際上由于偏航使電纜扭絞，仍

5、需要解扭措施。原則上可采用滑環(huán)機(jī)構(gòu)避免扭絞，但不可靠。2）風(fēng)輪在下風(fēng)向，受塔影影響較大，這一方面影響了風(fēng)能利用系數(shù)，同時(shí)使疲勞載的幅值增大，同樣的葉片疲勞壽命較上風(fēng)向機(jī)型機(jī)低，因此下風(fēng)向機(jī)組當(dāng)前很少采用。但近期為了減輕風(fēng)力發(fā)電機(jī)的重量、降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)的造價(jià)，又有人提出了下風(fēng)向柔性結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，但至今尚無商品機(jī)型。上風(fēng)向風(fēng)電機(jī)水平軸上風(fēng)向三葉片風(fēng)力發(fā)電機(jī)是當(dāng)代大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主流；兩葉片的產(chǎn)品也比較多見。兩葉片風(fēng)電機(jī)在同樣風(fēng)輪直徑（掃掠面積）的情況下其轉(zhuǎn)速較快才能產(chǎn)出相同的功率。要求葉片的壽命（循環(huán)次數(shù)）比三葉片機(jī)型的高。由于轉(zhuǎn)速快葉尖速度高風(fēng)輪的噪聲水平也高，因此對周圍的環(huán)境影響大。兩個(gè)葉片

6、相對三葉片的質(zhì)量平衡及氣動力平衡都比較困難，因此功率和載荷、波動較大。具優(yōu)點(diǎn)是葉片少，成本相對低，對于噪聲要求不高的離岸型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，兩葉片是比較合適的。2按照有無齒輪箱分類變速變槳風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)能轉(zhuǎn)換效率更高，能夠有效降低風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行噪聲，具有更好的電能質(zhì)量，通過主動控制等技術(shù)能夠大幅度降低風(fēng)電機(jī)組的載荷，使得風(fēng)電機(jī)組功率重量比提高，這些因素都促成了變速變槳技術(shù)成為當(dāng)今風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主流技術(shù)。目前，市場上主流的變速變槳恒頻型風(fēng)電機(jī)組技術(shù)分為雙饋式和直驅(qū)式兩大類。雙饋式變槳變速恒頻技術(shù)的主要特點(diǎn)是采用了風(fēng)輪可變速變槳運(yùn)行，傳動系統(tǒng)采用齒輪箱增速和雙饋異步發(fā)電機(jī)并網(wǎng)，而直驅(qū)式變速變槳恒頻技術(shù)采用

7、了風(fēng)輪與發(fā)電機(jī)直接耦合的傳動方式，發(fā)電機(jī)多采用多極同步電機(jī)，通過全功率變頻裝置并網(wǎng)。直驅(qū)技術(shù)的最大特點(diǎn)是可靠性和效率都進(jìn)一步得到了提高。還有一種介于二者之間的半直驅(qū)式，由葉輪通過單級增速裝置驅(qū)動多極同步發(fā)電機(jī)，是直驅(qū)式和傳統(tǒng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的混合。2.1直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，是一種由風(fēng)力直接驅(qū)動發(fā)電機(jī)，亦稱無齒輪風(fēng)力發(fā)動機(jī)，這種發(fā)電機(jī)采用多極電機(jī)與葉輪直接連接進(jìn)行驅(qū)動的方式，免去齒輪箱這一傳統(tǒng)部件。由于齒輪箱是目前在兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)中屬易過載和過早損壞率較高的部件，因此，沒有齒輪箱的直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)動機(jī)，具備低風(fēng)速時(shí)高效率、低噪音、高壽命、減小機(jī)組體積、降低運(yùn)行維護(hù)成本等諸多優(yōu)點(diǎn)。直接驅(qū)動

8、式變速包頻(DDVS。F風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)框圖如圖1所示，風(fēng)輪與同步發(fā)電機(jī)直接連接，無需升速齒輪箱。首先將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為頻率、幅值均變化的三相交流電，經(jīng)過整流之后變?yōu)橹绷?，然后通過逆變器變換為恒幅恒頻的三相交流電并入電網(wǎng)。通過中間電力電子變流器環(huán)節(jié)，對系統(tǒng)有功功率和無功功率進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤，最大效率利用風(fēng)能。與雙饋式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)相比，直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于：傳動系統(tǒng)部件的減少，提高了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的可靠性和利用率；變速恒頻技術(shù)的采用提高了風(fēng)電機(jī)組的效率；機(jī)械傳動部件的減少降低了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的噪音、提高了整機(jī)效率；可靠性的提高降低了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)成本；部件數(shù)量的減少了，使整機(jī)的生產(chǎn)周

9、期大大縮短；利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)有功功率無功功率的靈活控制；發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間采用全功率變流器，使發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)之間的相互影響減少，電網(wǎng)故障時(shí)對發(fā)電機(jī)的損害較小。其缺點(diǎn)在于：由于功率變換器與發(fā)電機(jī)組和電網(wǎng)全功率連接，功率變換器造價(jià)昂貴，控制復(fù)雜；用于直接驅(qū)動發(fā)電的發(fā)電機(jī)，工作在低轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩狀態(tài)，電機(jī)設(shè)計(jì)困難、極數(shù)多、體積大、造價(jià)高、運(yùn)輸困難。圖1直接驅(qū)動式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)框圖直當(dāng)區(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)(directdrivewindenergygenerationsystem一DDWEGS勺發(fā)電機(jī)主要有兩種類型：轉(zhuǎn)子電勵磁的集中繞組同步發(fā)電機(jī)以及轉(zhuǎn)子永磁材料勵磁的永磁同步發(fā)電機(jī)，如圖2、圖3

10、所示。轉(zhuǎn)子電勵磁式DDWEGSf需要給轉(zhuǎn)子提供勵磁電流，需要滑環(huán)和電刷，這兩個(gè)部件故障率很高，需要定期更換，因此維護(hù)量大，相對DFWEGS說只省去了齒輪箱設(shè)備。而轉(zhuǎn)子永磁體勵磁式DDWEGS8永磁材料建立轉(zhuǎn)子磁場，省去了滑環(huán)和電刷等設(shè)備，也省去了齒輪箱，無需定期維護(hù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、整機(jī)可靠性、效率很高圖2電勵磁式直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖因此，永磁式DDWEGS統(tǒng)最優(yōu)、效率最高、維護(hù)量最小。盡管直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)變流器以及永磁同步發(fā)電機(jī)造價(jià)昂貴，但是由于其可靠性和能量轉(zhuǎn)換效率高，維護(hù)量小，整機(jī)生產(chǎn)周期小等優(yōu)點(diǎn)，特別適合于海上風(fēng)力發(fā)電，因此這種結(jié)構(gòu)具有很好的應(yīng)用前景。風(fēng)力機(jī)永磁同步發(fā)電機(jī)整流器逆變器電

11、網(wǎng)圖3永磁材料勵磁式直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)使用永磁同步發(fā)電機(jī)發(fā)電，無需勵磁控制，電機(jī)運(yùn)行速度范圍寬、電機(jī)功率密度高、體積小。隨著永磁材料價(jià)格的持續(xù)下降、永磁材料性能的提高以及新的永磁材料的出現(xiàn)，在大、中、小功率、高可靠性、寬變速范圍的發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用的越來越廣泛。有的直驅(qū)機(jī)組方案，將風(fēng)輪與外轉(zhuǎn)子合二為一，取消了輪轂，葉片直接裝在轉(zhuǎn)子外部。進(jìn)一步簡化了結(jié)構(gòu)、減輕重量。直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)是：1）由于零件和系統(tǒng)的數(shù)量減少，維修工作量大大降低。2）最近開發(fā)的直驅(qū)機(jī)型多數(shù)是永磁同步發(fā)電機(jī)，不需要激磁功率，傳動環(huán)節(jié)少，損失少，風(fēng)能利用率高。3）運(yùn)動部件少，由磨損等引起的故障率很低，可靠性高

12、。4）采用全功率逆變器聯(lián)網(wǎng)，并網(wǎng)、解列方便。5）采用全功率逆變器輸出功率完全可控，如果是永磁發(fā)電機(jī)則可獨(dú)立于電網(wǎng)運(yùn)行。6）發(fā)電機(jī)尺寸大、重量大，運(yùn)輸、安裝比較困難。缺點(diǎn)是由于直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組沒有齒輪箱，低速風(fēng)輪直接與發(fā)電機(jī)相連接，各種有害沖擊載荷也全部由發(fā)電機(jī)系統(tǒng)承受，對發(fā)電機(jī)要求很高。同時(shí)，為了提高發(fā)電效率，發(fā)電機(jī)的極數(shù)非常大，通常在100極左右，發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)變得非常復(fù)雜，體積龐大，需要進(jìn)行整機(jī)吊裝維護(hù)。2.2雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)交流勵磁發(fā)電機(jī)又被人們稱之為雙饋發(fā)電機(jī)。雙饋風(fēng)電機(jī)組中，為了讓風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速相匹配，必須在風(fēng)輪和發(fā)電機(jī)之間用齒輪箱來聯(lián)接，這就增加了機(jī)組的總成本；而齒輪箱噪

13、音大、故障率高、需要定期維護(hù)，并且增加了機(jī)械損耗；機(jī)組中采用的雙向變頻器結(jié)構(gòu)和控制復(fù)雜；電刷和滑環(huán)間也存在機(jī)械磨損。雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)是采用了多級齒輪箱驅(qū)動有刷雙饋式異步發(fā)電機(jī)。它的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)矩小，重量輕，體積小，變流器容量小，但齒輪箱的運(yùn)行維護(hù)成本高且存在機(jī)械運(yùn)行損耗。雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)組是具有定、轉(zhuǎn)子兩套繞組的雙饋型異步發(fā)電機(jī)（DFIG）,定子接入電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子通過電力電子變換器與電網(wǎng)相連，如圖4所示。在風(fēng)力發(fā)電中采用交流勵磁雙饋風(fēng)力發(fā)電方案，可以獲得以下優(yōu)越的性能：(1)調(diào)節(jié)勵磁電流的頻率可以在不同的轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)恒頻發(fā)電，滿足用電負(fù)載和并網(wǎng)的要求，即變速恒頻運(yùn)行。這樣可以從能量最大利

14、用等角度去調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，提高發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益。(2)調(diào)節(jié)勵磁電流的有功分量和無功分量，可以獨(dú)立調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的有功功率和無功功率。這樣不但可以調(diào)節(jié)電網(wǎng)的功率因數(shù)，補(bǔ)償電網(wǎng)的無功需求，還可以提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能。(3)由于采用了交流勵磁，發(fā)電機(jī)和電力系統(tǒng)構(gòu)成了“柔性連接”，即可以根據(jù)電網(wǎng)電壓、電流和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)勵磁電流，精確的調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出電壓，使其能滿足要求。(4)由于控制方案是在轉(zhuǎn)子電路實(shí)現(xiàn)的，而流過轉(zhuǎn)子電路的功率是由交流勵磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍所決定的轉(zhuǎn)差功率，它僅僅是額定功率的一小部分，這樣就大大降低了變頻器的容量，減少了變頻器的成本。圖4雙饋式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖網(wǎng)側(cè)變

15、換器電網(wǎng)2.3直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)和雙饋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特性比較機(jī)型和特性雙饋型風(fēng)力發(fā)機(jī)組永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組統(tǒng)維護(hù)成本較局(齒輪箱故障多)J低系統(tǒng)價(jià)格中高系統(tǒng)效率1S電控系統(tǒng)體積中較大變流其容量全功率的1/3全功率變流變流系統(tǒng)穩(wěn)定性1中高電機(jī)滑環(huán)半年換碳刷，兩年換滑環(huán)無碳刷，滑環(huán)電機(jī)重量電機(jī)種類輕勵磁重1永磁，設(shè)計(jì)時(shí)要考慮永磁體退磁問題永磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1(永磁半直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)須在風(fēng)力機(jī)和發(fā)電機(jī)之間增加增速齒輪箱)：Ai;福群陟發(fā)噓妞密o圖i永磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖采用傳統(tǒng)直流電勵磁或永磁同步發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，有如下主要優(yōu)點(diǎn)：(i)由于采用同步電機(jī)，控制回路少，控制比較簡單，

16、系統(tǒng)穩(wěn)定性高，維護(hù)費(fèi)用低；(2)省去了增速用齒輪箱或僅需一級低速齒輪箱；(3)永磁同步發(fā)電機(jī)無需集電環(huán)和刷架系統(tǒng)，維護(hù)更加方便。其主要缺點(diǎn)如下：(1)需要對發(fā)電機(jī)輸出的全部功率進(jìn)行變頻控制，故需配備全功率變頻器，變頻器成本較高，控制系統(tǒng)體積龐大；(2)永磁發(fā)電機(jī)使用高導(dǎo)磁率的被鐵硼和鎊鉆等，這些磁性材料價(jià)格很高；(3)永磁發(fā)電機(jī)功率因數(shù)特性差，必須由變頻器來進(jìn)行補(bǔ)償；(4)要求永磁材料具有很高的穩(wěn)定性，而高溫以及電樞反應(yīng)等原因可能導(dǎo)致永磁材料失磁。當(dāng)系統(tǒng)采用交流勵磁的同步化雙饋繞線型異步發(fā)電機(jī)時(shí)，變頻器設(shè)置在轉(zhuǎn)子側(cè)。變速包頻雙饋繞線型異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2:圖2變速包頻雙饋繞線型異步風(fēng)力

17、發(fā)電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖采用雙饋繞線型異步發(fā)電機(jī)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，具有如下主要優(yōu)點(diǎn)：(1)因變頻器僅需對轉(zhuǎn)子功率進(jìn)行變頻控制，而轉(zhuǎn)子功率約為總功率的20%30%,故變頻器功率小，變頻損耗小，變頻器成本低，控制系統(tǒng)體積小；(2)變頻控制靈活，具有良好的調(diào)節(jié)特性：通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子繞組的頻率、相位、幅值和相序，可以較為方便、平滑地控制發(fā)電機(jī)有功、無功、功率因數(shù)等，使其具有良好的動態(tài)和暫態(tài)特性，實(shí)現(xiàn)有功和無功的解耦控制；(3)良好的穩(wěn)定性及轉(zhuǎn)速適應(yīng)能力：在定子電源頻率一定時(shí)，通過改變轉(zhuǎn)子勵磁頻率就可以實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)，發(fā)電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速既可高于同步轉(zhuǎn)速，也可低于同步轉(zhuǎn)速，有利于系統(tǒng)最大限度捕獲風(fēng)能。其主要缺點(diǎn)如下：(1

18、)需要采用雙向變頻器，變速恒頻控制回路多，控制技術(shù)復(fù)雜，維護(hù)成本高；(2)發(fā)電機(jī)需安裝集電環(huán)和刷架系統(tǒng)，且須定期維護(hù)、檢修或更換。雙饋式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)是采用了多級齒輪箱驅(qū)動有刷雙饋式異步發(fā)電機(jī)。它的發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)矩小，重量輕，體積小，變流器容量小，但齒輪箱的運(yùn)行維護(hù)成本高且存在機(jī)械運(yùn)行損耗。直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在傳動鏈中省掉了齒輪箱，將風(fēng)輪與低速同步發(fā)電機(jī)直接連接，然后通過變流器全變流上網(wǎng)，降低了機(jī)械故障的概率和定期維護(hù)的成本，同時(shí)提高了風(fēng)電轉(zhuǎn)換效率和運(yùn)行可靠性，但是電機(jī)體積大、價(jià)格高。永磁直驅(qū)雖然發(fā)電機(jī)體積大、成本高，但由于省去了昂貴的齒輪箱，電能生產(chǎn)的機(jī)械傳動路徑縮短了，避免了因齒輪

19、箱旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的機(jī)械損耗、噪聲以及材料的磨損甚至漏油等問題使機(jī)組的工作壽命更有保障，也更適合于環(huán)境保護(hù)的要求；發(fā)電機(jī)外圍面積大，易散熱，由于沒有電勵磁，轉(zhuǎn)子損耗近似為零，可采用自然通風(fēng)冷卻，結(jié)構(gòu)簡單可靠；交流一直流一交流變頻裝置可以根據(jù)要求進(jìn)行有功功率、無功功率及頻率輸出的任意調(diào)節(jié)，諧波分量低，具有很強(qiáng)的低電壓穿越能力，以適應(yīng)電網(wǎng)擾動，實(shí)現(xiàn)高效率發(fā)電。由此可以看出，永磁材料的使用使直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組的優(yōu)勢更加突出。永磁直驅(qū)同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)是：對永磁材料的性能穩(wěn)定性要求高，電機(jī)重量和成本增加。另外，IGBT逆變器的容量較大，一般要選發(fā)電機(jī)額定功率的120%以上。綜上文所述：(1)雙饋風(fēng)電機(jī)組具有很

20、高的性價(jià)比，尤其適合變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，因而在未來一段時(shí)間內(nèi)仍然是風(fēng)電行業(yè)的主流機(jī)型。(2)永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組可靠性高、運(yùn)行維護(hù)簡單；電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量大大提高。在技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件成熟時(shí)，永磁直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組有望成為風(fēng)電領(lǐng)域更受歡迎的產(chǎn)品。目前，由于雙饋風(fēng)電機(jī)組技術(shù)十分成熟，生產(chǎn)廠商較多，業(yè)主選擇性更強(qiáng)，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富，仍是風(fēng)電場開發(fā)的主流機(jī)型。而直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組技術(shù)尚未完全成熟，國內(nèi)生產(chǎn)廠商較少，有些機(jī)型還處在設(shè)計(jì)研發(fā)階段，并且已投人運(yùn)行的機(jī)組運(yùn)行時(shí)間較短，其性能、工藝質(zhì)量尚需時(shí)日考驗(yàn)，更大兆瓦級直驅(qū)風(fēng)電機(jī)組仍需在結(jié)構(gòu)、材料、工藝等方面進(jìn)一步研究。止匕外，使用性能更好的變流器才會有更好的前景。3按功率調(diào)節(jié)方式分

21、類定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)定槳距失速型風(fēng)電機(jī)組的典型代表是丹麥的NEGMICON公司生產(chǎn)的600/700/750kW機(jī)組，該機(jī)組也是我國目前裝機(jī)數(shù)量最多的機(jī)型之一。定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，槳葉與輪轂的連接是固定的，即當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，槳葉節(jié)距角不能隨之變化。這一特點(diǎn)使得，當(dāng)風(fēng)速高于風(fēng)輪的設(shè)計(jì)點(diǎn)風(fēng)速(額定風(fēng)速）時(shí)，槳葉必須能夠自動地將功率限制在額定值附近，槳葉的這一特性稱為自動失速性能。運(yùn)行中的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在突甩負(fù)載的情況下，槳葉自身必須具備制動能力，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)組能夠在大風(fēng)情況下安全停機(jī)。20世紀(jì)70年代失速性能良好的槳葉的出現(xiàn)，解決了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的自動失速性能的要求，以及20世紀(jì)80年代葉尖

22、擾流器的應(yīng)用，解決了在突甩負(fù)載情況下的安全停機(jī)問題，這些使得定槳距失速型風(fēng)電機(jī)組在過去20年的風(fēng)能開發(fā)利用中始終處于主導(dǎo)地位，最新推出的兆瓦級風(fēng)電機(jī)組仍有機(jī)型采用該項(xiàng)技術(shù)。定槳距失速型風(fēng)電機(jī)組的最大優(yōu)點(diǎn)是控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，可靠性高。但失速型風(fēng)電機(jī)組的風(fēng)能利用系數(shù)低，葉片上有復(fù)雜的液壓傳動機(jī)構(gòu)和擾流器，葉片質(zhì)量大，制造工藝難度大，當(dāng)風(fēng)速躍升時(shí)，會產(chǎn)生很大的機(jī)械應(yīng)力，需要比較大的安全系數(shù)。定槳距失速型風(fēng)電機(jī)組主要由以下幾部分組成：葉輪、增速機(jī)構(gòu)、制動機(jī)構(gòu)、發(fā)電機(jī)、偏航系統(tǒng)、塔架、機(jī)艙、加溫加壓系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)等。定槳距風(fēng)電機(jī)組的執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括液壓系統(tǒng)和偏航系統(tǒng)3。液壓系統(tǒng)是制動系統(tǒng)的驅(qū)動

23、機(jī)構(gòu)，主要用來執(zhí)行風(fēng)力機(jī)的開關(guān)指令；偏航系統(tǒng)使風(fēng)輪軸線與風(fēng)向保持一致。功率輸出功率的特點(diǎn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的輸出功率主要取決于風(fēng)速，同時(shí)也受氣壓、氣溫和氣流擾動等因素的影響。定槳距風(fēng)機(jī)槳葉的失速性能只與風(fēng)速有關(guān)，直到達(dá)到葉片氣動外形所決定的失速調(diào)節(jié)風(fēng)速，不論是否滿足輸出功率，槳葉的失速性能都要起作用。定槳距風(fēng)機(jī)的主動失速性能使得其輸出功率始終限定在額定值附近。同時(shí)，定槳距風(fēng)電機(jī)組中發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速的設(shè)定也對其輸出功率有影響。定槳距失速型風(fēng)電機(jī)組的節(jié)距角和轉(zhuǎn)速都是固定不變的，這使得風(fēng)電機(jī)組的功率曲線上只有一點(diǎn)具有最大功率系數(shù)，對應(yīng)于某個(gè)葉尖速比。當(dāng)風(fēng)速變化時(shí)，功率系數(shù)也隨之改變。而要在變化的風(fēng)速下保持最

24、大功率系數(shù)，必須保持發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與風(fēng)速之比不變，而在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，其發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速有很大的變化，額定轉(zhuǎn)速較低的發(fā)電機(jī)在低風(fēng)速下具有較高的功率系數(shù)，額定轉(zhuǎn)速較高的發(fā)電機(jī)在高風(fēng)速時(shí)具有較高的功率系數(shù)。Windturbinecharacteristics圖5風(fēng)力機(jī)輸出機(jī)械功率和機(jī)械角速度間的關(guān)系曲線圖5為定槳距失速型風(fēng)電機(jī)組的功率曲線圖，從圖5中可以看到，定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在風(fēng)速達(dá)到額定值以前就開始失速，到額定點(diǎn)時(shí)的功率系數(shù)已經(jīng)相當(dāng)小。調(diào)整槳葉的節(jié)距角，只是改變槳葉對氣流的失速點(diǎn)。節(jié)距角越小，氣流對槳葉的失速點(diǎn)越高，其最大輸出功率也越高。故定槳距風(fēng)力機(jī)在不同的空氣密度下需要調(diào)整槳葉的安裝角度。變槳失

25、速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳距失速型風(fēng)電機(jī)組的典型代表是Vestas公司生產(chǎn)的V39/V42/V44-600kW機(jī)組。變槳距風(fēng)輪運(yùn)行是通過改變槳距角，使葉片剖面的攻角發(fā)生變化來迎合風(fēng)速變化的，從而在低風(fēng)速時(shí)能夠更充分的利用風(fēng)能，具有較好的氣動輸出性能，而在高風(fēng)速時(shí)，又可通過改變攻角的變化來降低葉片的氣動性能，使高風(fēng)速區(qū)風(fēng)輪功率降低，達(dá)到調(diào)速限功的目的。變槳失速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行方式變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)是指整個(gè)葉片圍繞葉片中心軸旋轉(zhuǎn)，使葉片攻角在一定范圍內(nèi)（一般為090度）變化，以調(diào)節(jié)輸出功率不超過設(shè)計(jì)容許值。變槳距風(fēng)電機(jī)組出現(xiàn)故障需停機(jī)時(shí)，一般先使葉片順槳，使之減小功率，在發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)斷開之前，功率減小至

26、零，這也就是說，當(dāng)發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)脫開時(shí)，沒有轉(zhuǎn)距作用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，避免了在定槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上每次脫網(wǎng)時(shí)所要經(jīng)歷的突甩負(fù)載的過程。由于變槳距葉片一般葉寬小，葉片輕，機(jī)頭質(zhì)量比失速機(jī)組小，不需要很大的剎車，所以其起動性能較好。變槳距風(fēng)電機(jī)不需要昂貴的剎車系統(tǒng)，但是它卻增加了一套變槳距機(jī)構(gòu)，從而增加了故障發(fā)生的機(jī)率，而且在處理變槳距機(jī)構(gòu)葉片軸承故障時(shí)，難度很大，所以其安裝、維護(hù)費(fèi)用相對偏高。變槳距風(fēng)力發(fā)電機(jī)組根據(jù)變距系統(tǒng)所起的作用可分為三種運(yùn)行狀態(tài)，即風(fēng)力發(fā)電機(jī)的啟動狀態(tài)（轉(zhuǎn)速控制）；欠功率狀態(tài)（不控制）和額定功率狀態(tài)（功率控制）。1）起動狀態(tài)當(dāng)變槳距風(fēng)電機(jī)的風(fēng)輪從靜止到起動，且發(fā)電機(jī)未并入電網(wǎng)時(shí)都被稱為起動狀態(tài)，這時(shí)變槳距的節(jié)距給定值由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速信號控制。轉(zhuǎn)速控制器按一定的速度上升斜率給出速度參考值，變槳距系統(tǒng)根據(jù)給定的速度參考值，調(diào)整節(jié)距角，進(jìn)行所謂的速度控制，在這個(gè)控制過程中，轉(zhuǎn)速反饋信號與