双馈式与直驱式风力发电机组介绍
1、双馈式发电机组
双馈式风力发电机组的叶轮通过多级齿轮增速箱驱动发电机,主要结构包括风轮、传动装置、发电机、变流器系统、控制系统等。

双馈式风力发电机组系统将齿轮箱传输到发电机主轴的机械能转化为电能,通过发电机定子、转子传送给电网。

发电机定子绕组直接与电网连接,转子绕组与频率、幅值、相位都可以按照要求进行调节的变流器相连。

变流器控制电机在亚同步与超同步转速下都保持发电状态。

在超同步发电时,通过定转子两个通道同时向电网馈送能量,这时变流器将直流侧能量馈送回电网。

在亚同步发电时,通过定子向电网馈送能量、转子吸收能量产生制动力矩使电机工作在发电状态,变流系统双向馈电,故称双馈技术。

双馈风力发电变速恒频机组示意图
变流器通过对双馈异步风力发电机的转子进行励磁,使得双馈发电机的定子侧输出电压的幅值、频率与相位与电网相同,并且可根据需要进行有功与无功的独立控制。

变流器控制双馈异步风力发电机实现并网,减小并网冲击电流对电机与电网造成的不利影响。

提供多
种通信接口,用户可通过这些接口方便的实现变流器与系统控制器及风场远程监控系统的集成控制。

提供实时监控功能,用户可以实时监控风机变流器运行状态。

变流器采用三相电压型交-直-交双向变流器技术。

在发电机的转子侧变流器实现定子磁场定向矢量控制策略,电网侧变流器实现电网电压定向矢量控制策略;系统具有输入输出功率因数可调、自动软并网与最大功率点跟踪控制功能。

功率模块采用高开关频率的IGBT功率器件,保证良好的输出波形,改善双馈异步发电机的运行状态与输出电能质量。

这种电压型交-直-交变流器的双馈异步发电机励磁控制系统,实现了基于风机最大功率点跟踪的发电机有功与无功的解耦控制,就是目前双馈异步风力发电机组的一个代表方向。

2、直驱式发电机组
直驱式风力发电机组的风轮直接驱动发电机,主要由风轮、传动装置、发电机、变流器、控制系统等组成。

为了提高低速发电机效率,直驱式风力发电机组采用大幅度增加极对数(一般极数提高到100左右)来提高风能利用率,采用全功率变流器实现风力发电机的调速。

直驱风力发电变速恒频机组示意图
直驱发电机按照励磁方式可分为电励磁与永磁两种。

电励磁直驱
风力发电机组采用与水轮发电机相同的工作原理。

永磁直驱就是近年来研发的风电技术,该技术用永磁材料替代复杂的电励磁系统,发电结构简单,重量相对励磁直驱机组较轻。

但永磁部件存在长期强冲击振动与大范围温度变化条件下的磁稳定性问题,永磁材料的抗盐雾腐蚀问题,空气中微小金属颗粒在永磁材料上的吸附从而引起发电机磁隙变化问题,以及在强磁条件下机组维护困难问题等。

此外,永磁直驱式风力发电机组在制造过程中,需要稀土这种战略性资源的供应,成本较高。

3、直驱式变速恒频风力发电系统变流器要完成以下功能:
1)最大限度捕获风能;
2)较宽的转速运行范围,适用于风力机变速运行;
3)可以灵活地调节系统的有功与无功功率;
4)采用先进的PWM控制技术可以抑制谐波,减小开关损耗,提高效率。