发布时间 : 星期四 文章双馈风电机组与永磁直驱机组对比分析 - 图文更新完毕开始阅读6a047a74e3bd960590c69ec3d5bbfd0a7856d510
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双馈风电机组与永磁直驱机组对比分析
作者：蔡梅园 陶友传 刘静 杜炜 来源：《风能》2016年第01期
目前，国內的并网型机组中，水平轴风电机组占据着主导地位，水平轴机组的主要代表是双馈型机组（带增速齿轮箱）和直驱型机组（不带增速齿轮箱），这两类机组在2011年我国新增风电机组中的总占有率高达97%以上。2013年国内共有8家整机企业供应了3052台无齿轮箱直驱式风电机组，共有23家整机企业供应了6304台带有齿轮箱的风电机组，这两种机型占比分别为32%和68%。无齿轮箱直驱式风电机组又以永磁直驱机组为主。国內已有人对双馈风电机组与高速永磁风电机组进行了定性和定量的对比分析，但因缺少实测数据，现有文献仅对双馈机组与永磁直驱机组进行了定性的对比分析。本文不仅在运行原理、结构、性能等方面对双馈机组与永磁直驱机组进行了定性对比分析，还在效率、功率曲线等方面进行了定量对比分析。运行原理对比
双馈式变速恒频风力发电系统（拓扑图见图1）采用的发电机为转子交流励磁双馈发电机，其结构与绕线式异步电机类似，定转子三相对称，转子电流由滑环接入。当转子转速变化、无功需求变化时通过变频器改变转子电流的频率、相位、幅值保持定子频率稳定和无功调节。由于这种变速恒频控制方案是在转子电路实现的，流过转子电路的功率是由交流励磁发电机的转速运行范围所决定的转差功率，该转差功率仅为定子额定功率的一小部分，故所需的双向变频器的容量仅为发电机容量的一小部分，约占发电机功率的20%-30%。这种采用交流励磁双馈发电机的控制方案除了可实现变速恒频控制，减少变频器的容量外，还可实现对有功、无功功率的灵活控制，对电网而言可起到无功补偿的作用。
永磁直驱风电机组取消了增速齿轮箱，风轮轴直接和发电机轴直接相连，发电机多采用永磁式结构的转子的同步发电机，无须外部提供励磁电源。转子的转速随风速的变化而改变，其交流电的频率也随之变化，经过全功率电力电子变频器将频率不定的交流电整流成直流电，再逆变成与电网同频率的交流电输出。其拓扑结构见图2，变频器的容量较大，达发电机额定容量的120%以上。主要部件的结构差异及机组性能对比
双馈机组和直驱机组在发电机、变频器、齿轮箱等主要部件等方面存在一定差异。 （一）发电机：目前双馈机组采用双馈式异步发电机，而直驱机组多采用低速多极发电机，发电机的励磁方式大部分为永磁。直驱式发电机转数低，磁极数多，通常在90极以上，体积和重量都较大。永磁材料在震动、冲击、高温情况下易失磁，而且存在永久的强磁性，在现场条件下检修较困难。双馈式异步风电机重量轻、体积小。
（二）变频器：直驱机组采用的是全功率变频器，容量大、谐波大。双馈机组中仅有转差功率经过变频器，变频器容量小、价格低、谐波小。