淺析水平軸風(fēng)力發(fā)電機組的技術(shù)發(fā)展趨勢(圖表)

　　3. 各種“全功率變流”技術(shù)爭相發(fā)展
　　相對于雙饋部分功率變流機組而言，全功率變流技術(shù)使機組在更寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運行，因而提升了機組的發(fā)電量。據(jù)相關(guān)資料顯示，2MW 高速永磁機組采用高速永磁全功率變流技術(shù)，年發(fā)電量比雙饋機組要高5% 左右。直驅(qū)機組就是典型的全功率變流機組，但是隨著單機容量的增加，直驅(qū)機組重量增加特別明顯（如表1 所示），由此帶來成本、運輸、吊裝、維修等一些列的問題，因而出現(xiàn)了各種帶齒輪箱的全功率變流機組。

常見的全功率變流機組除直驅(qū)以外，還有半直驅(qū)、混合驅(qū)動或緊湊型等中速永磁機組，高速永磁機組，以及采用高速籠型異步發(fā)電機的全功率變流機組。從某種意義上講，他們都是直驅(qū)和雙饋機組的折中方案。因為他們既保留了直驅(qū)的全功率變流技術(shù)，縮減了直驅(qū)發(fā)電機的重量和尺寸，又借鑒了雙饋的增速齒輪傳動，提高了機組的綜合效率。通過折中之后，齒輪箱和發(fā)電機兩大部件在重量上都將得到顯著的降低。
　　目前，除直驅(qū)以外，上述各種全功率變流技術(shù)在國內(nèi)尚未大規(guī)模批量化應(yīng)用，特別是半直驅(qū)技術(shù)。據(jù)悉， 價格昂貴是目前半直驅(qū)技術(shù)大規(guī)模推廣應(yīng)用的主要障礙，但通過集成化設(shè)計及規(guī)模化生產(chǎn)，其競爭力將越來越強。例如，Winergy 公司近年來推出的HybridDrive 混合驅(qū)動技術(shù)，通過采用齒輪箱與發(fā)電機集成設(shè)計，傳動鏈重量實現(xiàn)了最小化，傳動鏈的長度也可縮短35% ～ 50%[12]。此外，齒輪箱和發(fā)電機兩大部件采用獨立拆卸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，特別適合于海上風(fēng)電的維護需求。因此，在傳動系統(tǒng)中采用集成化設(shè)計和緊湊型結(jié)構(gòu)被認為是未來特大型風(fēng)電機組的發(fā)展趨勢。
　　4. “同步級并網(wǎng)”的提出
　　可以說，由于提升了電網(wǎng)中風(fēng)電的穿透水平，電力電子技術(shù)催生了現(xiàn)代風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的繁榮。但是，由于風(fēng)電與生俱來的不穩(wěn)定性和可調(diào)控性差等毛病，在其電網(wǎng)穿透率不斷提升的過程中，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行也造成了極大的隱患。特別是近幾年，由于低電壓穿越能力的普遍缺失、風(fēng)場無功控制不到位等方面的問題，致使機組大規(guī)模脫網(wǎng)事故頻發(fā)。而且，機組因低電壓脫網(wǎng)后往往導(dǎo)致系統(tǒng)無功過剩，進而又引發(fā)高電壓脫網(wǎng)等次生事故。
　　對此，國家目前采取的解決辦法是對現(xiàn)有機組進行低電壓穿越能力的技術(shù)改造，并為每臺機組增設(shè)無功補償裝置。截止2013 年9 月，國家風(fēng)電技術(shù)與監(jiān)測研究中心對全國247 個風(fēng)電場進行了低電壓穿越能力技術(shù)改造的抽檢，最終98%的機組都獲得通過。但據(jù)了解，僅雙饋機組因低電壓穿越技術(shù)改造而花費的成本就逾百億，將來若再進行高電壓穿越技術(shù)改造，費用更是不菲。
　　另一方面，通過采用全功率變流技術(shù)提升了機組的低電壓穿越性能，但即便如此，其對電網(wǎng)的支撐能力仍遠遜于常規(guī)發(fā)電機組。與電力系統(tǒng)中大量使用的火力或水力同步發(fā)電機組相比，雙饋和直驅(qū)等主流機組的暫態(tài)過載能力較弱，在電網(wǎng)發(fā)生故障時雖能實現(xiàn)穿越，卻難以構(gòu)筑“堅強”的電力系統(tǒng)。
　　為解決以上問題，國外效仿常規(guī)火力發(fā)電機組采用同步發(fā)電機直接并網(wǎng)的方式，首先提出了“同步級并網(wǎng)”風(fēng)電機組的概念。由于發(fā)電機本身就能發(fā)出電網(wǎng)所需的無功功率，因此不需要增設(shè)無功補償裝置，省去了技術(shù)改造的費用。而要實現(xiàn)這種概念需對機組傳動系統(tǒng)進行恒速設(shè)計，使同步發(fā)電機始終恒速運行，發(fā)出頻率和電壓與電網(wǎng)一致的電，然后直接并網(wǎng)。所以，該技術(shù)的另一個好處是省去了價格昂貴且國產(chǎn)化仍然不足的變流器。