大型双馈风电机组与永磁直驱机组对比分析

大型双馈风电机组与永磁直驱机组对比分析

秦杰

（浙江运达风电股份有限公司311106）

摘要：目前，在我国所拥有的并网型机组中，水平轴风电机组占据着重要比例，双馈风电机组和永磁直驱机组又是水平轴风电机组中最为典型代表。本文就对于双馈风电机组和永磁直驱机组进行对比，分析出二者之间存在的差异。

关键词：双馈风电机组；永磁直驱机组；对比分析

前言：双馈风电机组和永磁直驱机组两种机组在我国近几年水平轴风电机组采购的主要对象。我国现在对于双馈风电机组和永磁直驱机组研究主要集中在对于二者之间的性能及定量上面，进而对于双馈风电机组和永磁直驱机组进行对比，从双馈风电机组和永磁直驱机组实际测试数据角度进行对比的研究文献较少。

1、双馈风电机组和永磁直驱机组运行原理对比

双馈式变速恒频风力发电系统在实际运行中发电机所使用的转子交流励磁双馈发电机，这种发电机结构与绕线式异步发电机结构基本机制，发电机内部定转子三相对称，发电机在产生电流之后转子跟随电流与滑环相接触。转子在转动过程中如果速度发生了改变，同时对于功率没有任何需求的情况下，可以通过变频器对于转子电流方向及频率等参数进行调整，进而保证定子实际运行速度能够稳定，不需要功率进行调整。正是由于这种变速恒频控制形式在发电机内应用，转子在发电机中运行功率主要是发电机转速范围内控制，转子运输转差也由发电机所决定，转差功率也是转子额定功率中的主要组成部分，因此发电机中的双向变频器仅仅是一个小部分，运行所需要的功率仅仅占据发电机四分之一左右。交流励磁双馈发电机这种控制措施在实际应用中，不仅仅能够对于转子进行变速恒频控制，还能够降低变频器对于功率需要，保证在任何功率状态下都能够灵活运行控制，对于电网稳定运行具有重要作用。双馈风电机组具体结构示意图如图一所示。

永磁直驱机组中将增速齿轮箱取消了，风轮轴直接就与发电机进行连接，进而发电机通过永磁式结构让转子转动速度与发电机一致，转子在实际运行中并不需要额外提供励磁电源。转子转动速度会受到风速的影响，根据风速的改变进行改变，进而发电机交流电频率也会发生改变。永磁直驱机组结构示意图如图二所示。

图二：直驱风电机组发电机结构示意图

2、双馈风电机组与永磁直驱机组主要部件的结构差异及机组性能对比

双馈风电机组与永磁直驱机组二者在主要部件之间的差异主要表现在发电机、变频器及齿轮箱上面。

2.1发电机

目前，双馈风电机组所使用的发电机结构为双馈式异步发电机，但是永磁直驱机组所使用的发电机一般为低速多极发电机，这种发电机在实际应用中转数值较低，但是磁极数量就较高，一般情况下发电机内磁极数量基本在90个以上，发电机整体体积较大。永磁直驱机组励磁形式为永磁，但是永磁材料在实际应用中受到外界影响因素较为严重，例如震动及冲击都有可能造成永磁材料失磁，及时永磁材料能够一直保证良好的磁性，但是发电机检修工作难度较高。双馈风电机组所使用的双馈式异步发电机整体重量较小，体积较小。

2.2变频器

永磁直驱机组所是使用的变频器一般都是全功率性，在实际应用中容量较大，容易产生谐波。但是双馈风电机组所使用的变频器在实际应用中仅仅转差功率才会使用，变频器整个容量较低，成本价位便宜。

2.3齿轮箱

永磁直驱机组内并不是用齿轮箱，但是双馈风电机组内所使用的齿轮箱体积较大。

3、双馈风电机组与永磁直驱机组成本比较

3.1生产制造成本

双馈风电机组与永磁直驱机组在生产制造成本角度对比而言，成本差异主要体现在三个方面，分别是发电机、齿轮箱及变频器，剩下例如在控制系统制造中所需要的成本基本上相等。表一就是具有代表性双馈风电机组与永磁直驱机组在发电机、齿轮箱及变频器生产制造成本上的对比。

由表一可以发现，双馈风电机组生产制造成本要比永磁直驱机组低，如果要是折算到千瓦为单位的经济成本上大约在100元左右。

3.2运输、安装、运维分析

从维护及故障维修角度对于双馈风电机组及永磁直驱机组进行对比分析，双馈风电机组所使用的齿轮箱及发电机上面的滑环是主要维护及故障对象，无疑不增加了双馈风电机组故障点数量，滑环等元件等更换过程中也需要资金成本。但是永磁直驱机组内就没有齿轮箱及发电机上面的滑环等元件，进而永磁直驱机组在实际应用中出现故障的可能性较低。永磁直驱机组在实际应用中必须通过空气流通降低转子与定子运行孔隙，空气在流通过程中可以带有带电粒子就灰尘，通过永磁立场的作用依附在磁体表面，造成永磁直驱机组在实际应用中电磁间隙发生改变，影响永磁直驱机组性能。双馈风电机组与永磁直驱机组在运输、安装及运维等方面都具有一定优点及不足，正是由于不同使用场所，造成行业对于二者有着不同观念，同时缺乏有关数据作为支撑，对于二者之间的优势很难全面进行对比。

结论：本文仅仅对于双馈风电机组与永磁直驱机组从运行原理、结构、性能及成本角度进行了分析，还存在一定不足，仅供参考使用。

参考文献：

[1]王忱，石立宝，姚良忠，等.大型双馈风电机组与永磁直驱机组对比探析[J].中国电机工程学报，2014，30（4）：63-70.

[2]张宝群，张伯明，吴文传.基于大型双馈风电机组与永磁直驱机组对比研究[J].电力系统自动化，2015，34（10）：51-55.