永磁同步風(fēng)力發(fā)電機的原理和應用

　　我國風(fēng)能資源豐富，可開(kāi)發(fā)的風(fēng)能潛力巨大。根據有關(guān)資料，我國陸地風(fēng)能資源可開(kāi)發(fā)量23.8億千瓦，海上風(fēng)能資源可開(kāi)發(fā)量約2億千瓦。我國風(fēng)能資源比較集中，“三北”地區（華北、東北和西北）以及東南沿海地區、沿海島嶼潛在風(fēng)能資源開(kāi)發(fā)量約占全國的80%。風(fēng)能資源與煤炭資源的地理分布具有較高的重合度，與電力負荷則呈逆向分布。

　　近日，一款擁有自主知識產(chǎn)權，最大功率為2.5MW的高速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機在南車(chē)株洲電機有限公司成功下線(xiàn)。該發(fā)電機具有效率高、體積小、結構緊湊、成本低、可靠性高、維護量小等諸多優(yōu)點(diǎn)，采用全功率變流控制，使機組具有良好的低電壓穿越性能；該發(fā)電機與直驅型永磁同步風(fēng)力發(fā)電機相比，體積大大減小、重量大大減輕，特別是磁鋼用量大大減少，在稀土價(jià)格居高不下的今天，該產(chǎn)品的高性?xún)r(jià)比優(yōu)勢更加突出，具有很好的市場(chǎng)前景。該發(fā)電機的成功研制標志著(zhù)我國企業(yè)已具備自主研發(fā)具有國際先進(jìn)水平高速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機的能力。

　　“十二五”時(shí)期，我國風(fēng)電裝機容量占發(fā)電總容量比例將進(jìn)一步加大，出于電網(wǎng)安全考慮，風(fēng)電機組必須在“低電壓穿越”保障下“御風(fēng)而行”。據中國國家發(fā)改委能源研究所有關(guān)人士透露，2020年陸地風(fēng)電的成本將與煤電持平，之后風(fēng)電將逐步脫離國家補貼，“降低成本”也成為風(fēng)電行業(yè)未來(lái)發(fā)展面臨的新的“瓶頸”。南車(chē)株洲電機有限公司成功推出2.5MW高速永磁同步風(fēng)力發(fā)電機，實(shí)現了發(fā)電機低成本制造，使機組極易實(shí)現低電壓穿越，在國內處于技術(shù)領(lǐng)先水平。

　　永磁同步風(fēng)力發(fā)電機由于機械損耗小、運行效率高、維護成本低等優(yōu)點(diǎn)成為繼雙饋感應風(fēng)電機組之后的又一重要風(fēng)力發(fā)電機型受到廣泛關(guān)注，并逐漸開(kāi)始投入使用。永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統基本結構如圖1所示，它主要由風(fēng)力機、永磁同步發(fā)動(dòng)機、變頻器和變壓器組成。

　　圖1 永磁同步風(fēng)力發(fā)電原理圖

　?。?）基本原理

　　永磁同步風(fēng)力發(fā)電的基本原理，就是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)力機葉片旋轉，拖動(dòng)永磁同步發(fā)電機的轉子旋轉，實(shí)現發(fā)電。永磁同步風(fēng)力發(fā)電系統和籠型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統類(lèi)似，只是所采用的發(fā)電機為永磁式發(fā)電機，轉子為永磁式結構，不需外部提供勵磁電源，提高了效率。它的變頻恒速控制是在定子回路中實(shí)現的，把永磁同步發(fā)電機的變頻的交流電通過(guò)變頻器轉變?yōu)殡娋W(wǎng)同頻的交流電，實(shí)現風(fēng)力發(fā)電的并網(wǎng)，因此變頻器的容量與系統的額定容量相同。

　?。?）技術(shù)特點(diǎn)

　　在過(guò)去的幾十年里，由于永磁材料性能和電力電子裝置的改善，永磁同步發(fā)電機已變得越來(lái)越具吸引力了。采用永磁同步發(fā)電機的風(fēng)力發(fā)電系統具有以下特點(diǎn)：

　　1）永磁同步發(fā)電機系統不需要勵磁裝置，具有重量輕、效率高、功率因數高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)；

　　2）變速運行范圍寬，即可超同步運行也可以亞同步運行；

　　3）轉子無(wú)勵磁繞組，磁極結構簡(jiǎn)單、變頻器容量小，可以做成多極電機；

　　4）同步轉速降低，使風(fēng)輪機和永磁發(fā)電機可直接耦合，省去了風(fēng)力發(fā)電系統中的齒輪增速箱，減小了發(fā)電機的維護工作并降低噪聲，使直驅永磁風(fēng)力發(fā)電機系統。

　?。?）適用場(chǎng)合

　　1）在電力設施匱乏、交通不便、缺乏常規燃料，但風(fēng)力資源豐富的地區，可以解決部分用電問(wèn)題，如為高速公路照明設備提供電源等；

　　2）在單機容量比較小的風(fēng)場(chǎng)，永磁同步發(fā)電系統能夠高效并網(wǎng)發(fā)電；

　　3）為農村、牧區、邊防哨所、氣象臺站等偏遠、負載較輕的用戶(hù)，提供交流或直流電源。