【正文】 3 雙饋異步發(fā)電機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 同步發(fā)電機 作發(fā)電機運行的同步電機。是一種最常用的交流發(fā)電機。在現(xiàn)代電力工業(yè)中，它廣泛用于水力發(fā)電、 火力發(fā)電、核能發(fā)電以及柴油機發(fā)電。由于同步發(fā)電機一般采用直流勵磁，當其單機獨立運行時，通過調(diào)節(jié)勵磁電流，能方便地調(diào)節(jié)發(fā)電機的電壓。若并入電網(wǎng)運行，因電壓由電網(wǎng)決定，不能改變，此時調(diào)節(jié)勵磁電流的結(jié)果是調(diào)節(jié)了電機的功率因數(shù)和無功功率。同步發(fā)電機的定子、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與同步電機相同，一般采用三相形式，只在某些小型同步發(fā)電機中電樞繞組采用單相。近年來，采用同步發(fā)電機來代替異步發(fā)電機是風力發(fā)電系統(tǒng)的一個主要技術(shù)進步。此種發(fā)電機極數(shù)很多，轉(zhuǎn)速較低，徑向尺寸較大，軸向尺寸較小，可工作在起動力矩大、頻繁起動及換向的場合，并且當與 電子功率變換器相連時可以實現(xiàn)變速操作，因此適用于風力發(fā)電系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 4所示。 風力發(fā)電技術(shù)綜述 11 圖 4 同步發(fā)電機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 新型風力發(fā)電機 開關(guān)磁阻發(fā)電機 [2] 開關(guān)磁阻電機結(jié)構(gòu)簡單、堅固 ,具有成本低、工作可靠、控制靈活、運行效率高、容錯能力強等優(yōu)越特性 ,在某些特殊應(yīng)用領(lǐng)域有一定的應(yīng)用優(yōu)越性 .開關(guān)磁阻電機是一種典型的機電一體化電機 ,其控制靈活 ,容易實現(xiàn)四象限運行 ,且可作發(fā)電機運行。 開關(guān)磁阻發(fā)電機具有結(jié)構(gòu)簡單、能量密度高、過載能力強、動靜態(tài)性能好、可靠性和效率高的特點。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 5所示。 圖 5 開關(guān)磁阻電機發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 無刷雙饋異步發(fā)電機 其基本原理與有刷雙饋異步發(fā)電機相同，主要區(qū)別是取消了電刷，此種電機彌補了標準型雙饋電機的不足，兼有籠型、繞線型異步電機和電勵磁同步電機的共同優(yōu)點，功率因數(shù)和運行速度可以調(diào)節(jié)，因此適合于變速恒頻風力發(fā)電系統(tǒng)，其缺點是增加了電機的體積和成本。 風力發(fā)電技術(shù)綜述 12 永磁無刷直流發(fā)電機 永磁 無刷直流電動機 是 由一塊或多塊永磁體建立磁場的 直流電動機 ，其性能與恒定勵磁電流的他勵直流電動機相似，可以由改變電樞電壓來方便地調(diào)速。與他勵式直流電動機相比，具有體積小、效率高、結(jié)構(gòu)簡單、用銅量少等優(yōu)點，是小功率直流電動機的主要類型。 電樞繞組是直流單波繞組，采用二極管來取代電刷裝置，兩者連為一體，采用切向永磁體轉(zhuǎn)子勵磁，外電樞結(jié)構(gòu)。此種電機不但具有直流發(fā)電機電壓波形平穩(wěn)的優(yōu)點，也具有永磁同步發(fā) 電機壽命長，效率高的優(yōu)點，適合在小型風力發(fā)電系統(tǒng)中應(yīng)用。 永磁同步發(fā)電機 [3] 永磁同步發(fā)電機結(jié)構(gòu)主要分為三部分：主電樞和主轉(zhuǎn)子、主勵磁機、副勵磁機。永磁其實是指副勵磁機部分，主轉(zhuǎn)子是一定是線圈繞組，不然就無法自動調(diào)壓。主轉(zhuǎn)子通過直流電來產(chǎn)生磁場，在原動機的驅(qū)動下，磁場隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。 永磁同步發(fā)電機采用永磁體勵磁，無需外加勵磁裝置，減少了勵磁損耗；同時它無需換向裝置，因此具有效率高，壽命長等優(yōu)點。當電機轉(zhuǎn)子被風能驅(qū)動旋轉(zhuǎn)時，定子與轉(zhuǎn)子產(chǎn)生相對運動，在繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流。與等功率一般發(fā)電機相比 ，永磁同步發(fā)電機在尺寸及重量上僅是它們的 1/3或 1/5。由于此種發(fā)電機極對數(shù)較多，且操作上同時具有同步電機和永磁電機的特點，因此適合于采用發(fā)電機與風輪直接相連、無傳動機構(gòu)的并網(wǎng)形式。 風力發(fā)電技術(shù)綜述 13 全永磁懸浮風力發(fā)電機 [4] 全永磁懸浮風力發(fā)電機結(jié)構(gòu)上完全由永磁體構(gòu)成、不帶任何控制系統(tǒng)，其最大特點是“輕風起動，微風發(fā)電”，起動風速為 ，大大低于傳統(tǒng)的 。通過采用磁力傳動技術(shù)和磁懸浮技術(shù)，可克服永磁風力發(fā)電機輸出特性偏軟的缺點。系統(tǒng)由原動力傳送裝置、磁力傳動調(diào)速裝置、磁輪、永磁發(fā)電機等 幾部分組成。其低風速啟動技術(shù)，對開發(fā)國內(nèi)廣大地區(qū)的低風速資源，增加風力發(fā)電機的年發(fā)電時間有積極意義。 風力發(fā)電技術(shù)綜述 14 3 風力發(fā)電控制技術(shù) 由于自然風速的大小和方向的隨機變化，風力發(fā)電機組切入電網(wǎng)和切出電網(wǎng)、輸入功率的限制、風輪的主動對風以及對運動過程中故障的檢測和保護必須能夠自動控制。風力發(fā)電系統(tǒng)的控制技術(shù)從定槳距恒速運行至基于變槳距技術(shù)的變速運行，已經(jīng)基本實現(xiàn)了風力發(fā)電機組從能夠向電網(wǎng)提供電力到理想地向電網(wǎng)提供電力的最終目標。 定槳距失速風力發(fā)電技術(shù) 定槳距風力發(fā)電機組于 20世紀 80年代中期開始進入風力 發(fā)電市場，主要解決了風力發(fā)電機組的并網(wǎng)問題、運行安全性與可靠性問題。定槳距風力發(fā)電機組于20世紀 80年代中期開始進入風力發(fā)電市場，主要解決了風力發(fā)電機組的并網(wǎng)問題、運行安全性與可靠性問題。采用了軟并網(wǎng)技術(shù)、空氣動力剎車技術(shù)、偏行與自動解纜技術(shù)。槳葉節(jié)距角在安裝時已經(jīng)固定，發(fā)電機轉(zhuǎn)速由電網(wǎng)頻率限制，輸出功率由槳葉本身性能限制。當風速高于額定轉(zhuǎn)速時，槳葉能夠通過失速調(diào)節(jié)方式自動地將功率限制在額定值附近，其主要依賴于葉片獨特的翼型結(jié)構(gòu)，在大風時，流過葉片背風面的氣流產(chǎn)生紊流，降低葉片氣動效率，影響能量捕獲，產(chǎn)生失 速。由于失速是一個非常復(fù)雜的氣動過程，對于不穩(wěn)定的風況，很難精確計算出失速效果，所以很少用在 MW級以上的大型風力發(fā)電機的控制上。 變槳距風力發(fā)電技術(shù) 從空氣動力學角度考慮，當風速過高時，可以通過調(diào)整槳葉節(jié)距、改變氣流對葉片攻角，從而改變風力發(fā)電機組獲得的空氣動力轉(zhuǎn)矩，使輸出功率保持穩(wěn)定。采用變槳距調(diào)節(jié)方式，風機輸出功率曲線平滑，在陣風時，塔筒、葉片、基礎(chǔ)受到的沖擊較失速調(diào)節(jié)型風力發(fā)電機要小很多，可減少材料使用率，降低整機重量。風力發(fā)電技術(shù)綜述 15 其缺點是需要一套復(fù)雜的變槳距機構(gòu)，要求其對陣風的響應(yīng)速度足夠快，減小由于風的波動引起的功率脈動。 主動失速 /混合失速發(fā)電技術(shù) 這種技術(shù)是前兩種技術(shù)的組合。低風速時采用變槳距調(diào)節(jié)可達到更高的氣動效率，當風機達到額定功率后，風機按照變槳距調(diào)節(jié)時風機調(diào)節(jié)槳距相反方向改變槳距。這種調(diào)節(jié)將引起葉片攻角的變化，從而導(dǎo)致更深層次的失速，使功率輸出更加平滑，其綜合了前兩種方法的優(yōu)點。 變速風力發(fā)電技術(shù) 變速運行是風機葉輪跟隨風速變化改變其旋轉(zhuǎn)速度，保持基本恒定的最佳葉尖速比，風能利用系數(shù)最大的運行方式。與恒速風力發(fā)電機組相比，變速風力發(fā)電技術(shù)具有低風速時能夠根據(jù)風速變 化在運行中保持最佳葉