'直驱VS双馈':技术流派对比分析研究

摘要

双馈型风电机组中，变流器容量为机组容量的30%-50%，系统成本控制上有竞争力，在风力发电中获得应用，2001年起，其市场占有率超过恒速恒频机组，成为大功率并网发电主流机型。但实际应用暴露许多问题，一是齿轮箱造价昂贵，漏油问题难以解决，影响风能转换效率和系统可靠性：二是双馈电机滑环和电刷必须定期检修，后期维护工作量大，机组可靠性低。相比之下，直驱型风电机组具有发展潜力。在直驱型机组中，多极永磁同步电机转速低，可与风力机直接相连，无需升速，机组噪声低、能量转换效率高；其次，发电机运行效率高，不存在滑环和电刷，可显著提高机组可靠性；再者，发电机通过全功率变流装置接入电网，可适应电网波动，网侧功率控制灵活。当然，直驱型机组也有电机极数多、体积大、造价高、全功率变流装置成本高等问题，但由于省去齿轮箱、滑环和电刷等薄弱环节，系统整体效率、并网功率控制灵活性和可靠性显著提高。因此，直驱型风电机组得到科技人员广泛关注，成为风力发电技术最具潜力的发展方向。纵观风力发电系统研究状况，变速风力发电方式中，双馈异步风电机组具有结构简单、变换器功率小的特点，但它依赖电网无功励磁运行，发电机效率不高、电机控制较复杂且需要配置升速齿轮箱，噪音大、效率低、对环境要求高、维护工作量大、适应风速范围窄，目前主要因为其变换器功率小，在特大型风电机组中仍有采用。对于直驱式风力发电系统，由于风力机与多级永磁同步电机直接相连，机械传动效率及系统可靠性高，其变流机组为电机侧被动整流、网侧主动整流及电机侧和网侧均为主动整流的两种拓扑结构，随着技术进步及电力电子器件成本的降低，双主动整流凭借其优越的动态性能将得到广泛应用。