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几种类型的风力发电机组特点总结

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风力发电机组按运行方式可以分为恒速恒频（Constant Speed Constant Frequency，简称CSCF）风力发电机组和变速恒频（Variable Speed Constant Frequency，简称VSCF）风力发电机组两大类。
当风力发电机组与电网并联时，要求风力发电机的频率与电网频率保持一致，这便是恒频的含义。
下面分别介绍恒速恒频和变速恒频风力发电机组。 1 恒速恒频风力发电机组
恒速恒频风力发电系统的基本结构如下图所示：

图1 恒速鼠笼异步风力发电系统
可以看出，这里采用的是异步电动机，也正是基于此，恒速恒频风力发电系统也称作异步风力发电系统。异步发电机尽管带一定滑差运行，但在实际运行中滑差s是很小的，不仅输出频率变化较小，而且叶片转速变化范围也很小，看上去似乎是在“恒速”，故称之为恒速恒频。
就风力机的调节方式而言，恒速恒频风力发电系统又分为定桨距失速调节型和变桨距调节型两种。
1.1 定桨距失速调节型风力发电机组
定桨距是指桨叶与轮毅之间是固定连接，即当风速变化时，桨叶的迎风角不能随之变化。失速调节是指桨叶翼型本身所具有的失速特性，当风速高十额定风速时，气流的攻角增大到失速条件，使桨叶的表面产生涡流，效率降低，来限制发电机的功率输出。
定桨距失速调节型风力发电机组的优点是失速调节简单，运行可靠性高，当
风速变化引起的输出功率的变化只通过桨叶的被动失速调节而控制系统不作任何控制，使控制系统大为减化。其缺点是机组的整体效率较低，对电网影响大，常发生过发电现象，加速机组的疲劳损坏。
目前这种机组在欧美国家已经停产，但是在中国还有一定需求。 1.2 变桨距型风力发电机组
变桨距是指风机的控制系统可以根据风速的变化，通过桨距调节机构，改变其桨距角的大小以调整输出电功率，以便更有效地利用风能。其工作特性为：在额定风速以下时，桨距角保持零度附近，可认为等同十定桨距风力发电机，发电机的输出功率随风速的变化而变化；当风速达到额定风速以上时，变桨距机构发挥作用，调整桨距角，保证发电机的输出功率在允许的范围内。
变桨距型风力发电机组的主要优点是结构虽然复杂与定桨距型发电机组，但相对还比较简单，运行可靠性较高，不会发生过发电现象，而且桨叶受力较小，因而可以做得比较轻巧，并且可以尽可能多的捕获风能，提高发电量；其缺点是机组整体效率仍然不高，而且对电网影响比较大。
目前市场情况，欧美国家停产这种机组，但是在中国还有一定需求。 2 变速恒频风力发电机组
变速恒频是指在风力发电过程中，发电机的转速可以随风速变化，然后通过适当的控制措施使其发出的电能变为与电网同频率的电能送入电力系统。其核心在十变流器的应用，依赖十大容量电力电子技术的口益成熟。
图2，图3和图4分别为变桨距变速双馈感应风力发电系统、直驱永磁同步风力发电系统和半直驱永磁同步风力发电系统的基本结构。

图2 变桨距变速双馈感应风力发电系统

双馈感应发电机系统，其桨叶采用变桨距调节，定子直接与电网相连，转子通过双向变流器与电网连接，可实现功率的双向流动，变流器所需容量小，成本低。该系统既可亚同步运行，又可超同步运行，变速范围宽，可跟踪最佳叶尖速，实现最大风能捕获，优化了功率输出，提高了效率。
变桨变速型风力发电系统优点为效率高，对电网影响小，不会发生过发电现象，只是其电控系统较为复杂，运行维护的难度较大。变桨居变速双馈感应风力发电系统是目前最具有发展潜力的变速恒频风力发电系统。目前欧美市场正在大量使用，近几年也进入了中国市场商业运行。

图3 直驱永磁同步风力发电系统

图4 半直驱永磁同步风力发电系统
如图3和图4所示，直驱永磁同步风力发电系统和半直驱永磁同步风力发电系统中的发电机均为永磁同步发电机。由于同步发电机的极数很多，转速较低，因而该类风力发电系统无齿轮箱或齿轮箱只有一级升速，传动机构简单，降低了
机械噪声，故障率低，减少了维修量。而且由于全功率变频，系统中风能的利用效率很高。然而，该类风力发电系统中永磁发电机组组装工艺复杂，永磁材料存在失磁的风险，而且大容量变流器的使用增加了成本。
从市场角度来看，直驱永磁同步风力发电系统在欧美市场处于发展阶段，中国市场目前尚无商业运行机组。半直驱永磁同步风力发电系统的介于直驱和双馈之间，齿轮箱的调速没有双馈的高，发电机由双馈的绕线式变为永磁同步式。半直驱风机结合了两种风机的优势，在满足传动和载荷设计的同时，结构更为紧凑，重量轻，因此有文献认为未来“半直驱”的时代可能会到来。但目前这种技术还在研究中，尚不纯熟，仍需要时间的考验。

从风电机组发展情况来看，目前较为成熟、质量和性能可靠、在国际国内市场上可以采购到的风电机组的容量等级在750KW到2500KW之间；在欧美市场，kW级风电机组已基本停止生产，转而生产MW级的机组。风力发电技术的发展趋势是大型化、变桨变速和直驱型。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/23a94e540b12a21614791711cc7931b764ce7b66.html