风能发电电机的比较

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1、风能发电电机的比较 本文主要对双馈式风电机组和永磁直驱式风电机组进行一些简单介绍，并对其特性，成本进行了比较分析，个人认为采用永磁直驱技术是大型风力发电产品发展可能的趋势；随后介绍了国内外目前永磁直驱式风电电机的生产状况；最后对永磁直驱式风电电机所需要的永磁材料钕铁硼和上游稀土进行了简单介绍。1双馈式和直驱式变速变桨风电机组的风能转换效率更高，能够有效降低风电机组的运行噪声，具有更好的电能质量，通过主动控制等技术能够大幅度降低风电机组的载荷，使得风电机组功率重量比提高，这些因素都促成了变速变桨技术成为当今风力发电机组的主流技术。目前，市场上主流的变速变桨恒频型风电机组技术分为双馈式

2、和直驱式两大类。双馈式变桨变速恒频技术的主要特点是采用了风轮可变速变桨运行，传动系统采用齿轮箱增速和双馈异步发电机并网，而直驱式变速变桨恒频技术采用了风轮与发电机直接耦合的传动方式，发电机多采用多极同步电机，通过全功率变频装置并网。直驱技术的最大特点是可靠性和效率都进一步得到了提高。还有一种介于二者之间的半直驱式，由叶轮通过单级增速装置驱动多极同步发电机，是直驱式和传统型风力发电机的混合。 1.1概念简介双馈式：交流励磁发电机又被人们称之为双馈发电机。双馈风电机组中，为了让风轮的转速和发电机的转速相匹配，必须在风轮和发电机之间用齿轮箱来联接，这就增加了机组的总成本；而齿轮箱噪音大、

3、故障率高、需要定期维护，并且增加了机械损耗；机组中采用的双向变频器结构和控制复杂；电刷和滑环间也存在机械磨损。目前，世界各国正在针对这些缺点改进机组或研制新型机组，如无刷双馈机组。图1双馈风电机组与电网连接图永磁直驱风电机组，就是取消了昂贵而又沉重的增速齿轮箱，风轮轴直接和发电机轴直接相连，转子的转速随来流风速的变化而改变，其交流电的频率也随之变化，经过大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。永磁风电机组与电网的连接情况如图2所示。图2永磁风电机组与电网的连接 1.2特性比较表1双馈型与直驱型风力发电机组的特性比较机型和特性双馈型风力发

4、电机组永磁直驱风力发电机组系统维护成本较高（齿轮箱故障多）低系统价格中高系统效率较高高电控系统体积中较大变流器容量全功率的1/3全功率变流变流系统稳定性中高电机滑环半年换碳刷，二年换滑环无碳刷，滑环电机造价低（1.5WM 50万左右）高（1.5MW 160万左右）电机尺寸小（直径约为1.5m）大（直径4.8米左右）电机重量轻重塔内电缆工作电流类型高频非正弦波，具有较大谐波分量正弦波谐波畸变可控性难以控制，因为要随着转速的变化进行变频，控制回路多容易控制，因为谐波频率稳定，控制回路少电机种类励磁永磁，设计时要考虑永磁体退磁问题  双馈式风力发电机组的特点是采用了多级齿轮箱驱动有刷双馈

5、式异步发电机。它的发电机的转速高，转矩小，重量轻，体积小，变流器容量小，但齿轮箱的运行维护成本高且存在机械运行损耗。直驱式风力发电机组在传动链中省掉了齿轮箱，将风轮与低速同步发电机直接连接，然后通过变流器全变流上网，降低了机械故障的概率和定期维护的成本，同时提高了风电转换效率和运行可靠性，但是电机体积大、价格高。永磁直驱虽然发电机体积大、成本高，但由于省去了昂贵的齿轮箱，电能生产的机械传动路径缩短了，避免了因齿轮箱旋转产生的机械损耗、噪声以及材料的磨损甚至漏油等问题使机组的工作寿命更有保障，也更适合于环境保护的要求；发电机外围面积大，易散热，由于没有电励磁，转子损耗近似为零，可采用

6、自然通风冷却，结构简单可靠；交流一直流一交流变频装置可以根据要求进行有功功率、无功功率及频率输出的任意调节，谐波分量低，具有很强的低电压穿越能力，以适应电网扰动，实现高效率发电。由此可以看出，永磁材料的使用使直驱风电机组的优势更加突出。永磁直驱同步发电机系统存在的缺点是：对永磁材料的性能稳定性要求高，电机重量和成本增加。另外，IGBT逆变器的容量较大，一般要选发电机额定功率的120％以上。1.3成本比较从制造成本角度讲，双馈型与直驱型发电机组的差别主要有三个方面：电机，齿轮箱，变流器。控制系统等其它系统的造价相差不多。下表是对1.5MW双馈风电机组(简称双馈式)和发电机外径为4m的

7、1.5MW永磁直驱风电机组(简称直驱式)进行定量的比较。表2双馈和直驱型价格对比（单位：万元）机型主要设备价格其他设备总结安装运输费用机组设备总价单位千瓦造价齿轮箱发电机变频器风轮塔架双馈式116.15250236.218413865.5841.70.56直驱式0158.496.7236.2184142.167.98850.59 由上表可知:永磁直驱风电机组的设备总价比双馈风电机组的高5%，单位千瓦造价高5.5%,双馈机组在价格上占有一定的优势，但总体价格相差并不是很