直驱永磁同步发电机的特点及其在风电中的应用前景.doc

直驱永磁同步发电机的特点及其在风电中的应用前景 华北电力大学 徐中华 摘要：本文主要从应用的角度，对直驱永磁发电机的原理和结构进行了简单描述，重点分析了直驱永磁发电的优点。通过和其它典型发电机组的比较，着重强调了直驱永磁发电机在风电应用中的优势，并对其以后的市场应用前景进行了理论分析。同时，本文也对直驱永磁发电机的不足之处，提出了解决的可行办法。 关键词： 直驱永磁 变速恒频 齿轮箱 永磁材料　低电压穿越 一、引言 随着全球化石能源的枯竭和供应紧张以及气候变化形势的日益严峻，世界各国都认识到了发展可再生能源的重要性，风能作为清洁可再生能源之一，受到了各国的高度重视，世界风电产业也因此得到了迅速发展。中国风能资源十分丰富：陆上和近海可供开发和利用的风能储量分别为2.53亿千瓦和7.5亿千瓦,具有发展风能的潜力和得天优厚的优势。在未来的能源市场上，充分开发和挖掘这一潜力和优势，将有助于持续保持本国的能源活力和维持经济的可持续发展。在开发利用风能的过程中，风电场的建设是其必须的环节，而风电机组的应用又是建设风电场的重中之重。本文将就这一话题，着重讨论一下必威体育精装版型的直驱永磁发电机(DDPMG)的特点，并以双馈感应发电机(DFIG)为参照，分析其目前的应用现状和展望其未来的发展前景。 二、原理概述及结构介绍 (一)原理概述 永磁同步发电机转子上使用的是永磁材料励磁，没有励磁绕组，省去了励磁绕组的铜损耗；同时，发电机和风力机通过轴系直接耦合在轮毂上，由叶轮直接驱动发电，不需要齿轮箱等中间传动部件。永磁同步发电机经背靠背式全功率变频器系统与电网相连，通过变频器控制系统的作用，来实现风电机组的变速运行。 (二)结构介绍 直驱永磁同步风力发电系统主要包括桨距控制式风力机、永磁同步发电机、背靠背全功率变频器以及控制系统等四大部分，其基本结构如图1 所示。其中背靠背全功率变频器系统又可以分为：发电机侧变频器（generator-side converter ）、直流环节（DC-link）和电网侧变频器（grid-side converter）。桨距控制式风力机和永磁同步发电机直接耦合，发电机的输出经发电机侧变频器整流后由电容支撑，再经电网侧变频器将能量馈送给电网。 图1 直驱永磁发电机组结构图 三、目前风电市场上主流发电机组及应用介绍 面对现代风力发电系统不断向大型化和变速变桨矩方向发展的要求，当今风电行业普遍采用的是变速恒频的发电技术。而在采用这一技术的风力发电机组中，最常见的就是直驱式永磁同步发电机和双馈式感应异步发电机。 (一)双馈感应发电机的应用现状 双馈感应技术经过十多年的发展，已趋向成熟且成为了目前风电行业的主流技术。在国际上，双馈感应电机被Vestas，Siemens, Repower技术水平、稳定性及可靠性要求更高的海上机组）低电压穿越（Low voltage ride through）低电压穿越是指 当电网发生故障引起电压跌落时，会给风电机组带来一系列暂态过程（如转速升高、过电压和过电流等），当风电在电网中占有较大比例时，机组的解列会增加系统恢复难度，甚至使故障恶化。因此目前新的电网规则，要求当电网发生短路故障时风力发电机组能够保持并网，甚至能够向电网提供一定的无功功率支持，直到电网恢复正常；这个过程被称为风力发电机组“穿越”了这个低电压时间（区域）。图2是Ｅ．ＯＮ（德国能源公司巨头）标准中规定的风力发电低电压运行能力曲线。 图2　Ｅ．ＯＮ标准中规定的风力发电低电压运行能力曲线 从图2中可以看到，仅当电网电压在数值或时间上处于图示曲线下方区域时，风机才允许解列；而在曲线上方区域时风机应该保持并网，并向电网提供无功功率支持，直到电网恢复。 对于直驱永磁风机来说，发电机经由全功率整流器通过交－直－交dsonghua@ 地址：河南省商丘永城市新城文化路裕东小区#4楼201. 邮编：476600） 参考文献： ［１］　欧洲风能协会，国际绿色和平组织．关于2020年风电达到世界电力总量12％ 的蓝图[R]．北京：中国环境科学出版社，2004． ［２］ 　徐峰．兆瓦级直驱式复合励磁同步风力发电机组主控制器研制[D]．长沙：湖南大学，2007． ［３］ 唐任远．现代永磁电机理论与设计[M]．北京：机械工业出版社，1997． ［４］ 张兆强．MW 级直驱永磁同步风力发电机设计[D]．上海：上海交通大学，2007． ［５］ 钟伟强．国内外风力发电简述[J]．青海科技，2004(2)：25—26． ［６］ 王星华．变速恒频同步直驱风力发电机控制系统研究[D]．上海：上海交通大学，2007． ［７］ 尹明，李庚银，张建成，等．直驱式永磁同步风力发电机组建模及其控制策略[J]．电网技术，2007，31 ［８］ 曹