SWITCH變流器在兆瓦級直驅型風機中的應用

   1. 簡介

    近年來，兆瓦級風機市場在以極快的速度增長著。金風公司在國內率先引導的直驅型風機，是其中很有前途的一種機型，其中主要使用的變流器是SWITCH公司的產品。在過去的兩年里，SWITCH公司制造的全功率變流器和金風公司直驅型風機一同進步，逐漸成熟。

    2. 金風直驅型風機的原理及特點

    2.1. 直驅型風機之原理

    兆瓦級風機市場上的主流是變漿變速風機，根據結構的不同又可以分為兩種：雙饋型和直驅型。雙饋型采用雙饋發電機，在轉子繞組上串入可以四象限運行的變頻器，控制定子繞組和電網之間的功率流動。這種結構對變頻器的功率要求只有系統總功率的1/3左右。

圖1：雙饋型變流裝置示意圖

    金風公司的直驅型風力發電機組采用永磁式發電機的形式，將電機定子繞組輸出直接連接到全功率的變流器上，由變流器將電機輸出變化的電壓/電流轉換為和接入電網電壓和頻率相匹配的形式。

 圖2：直驅型風力發電系統示意圖

    為了降低電機成本，希望變流器具有能夠調節電機內磁場的功能，因此全功率四象限變流器就成為了直驅型風機變流器的首選。

    2.2. 直驅型風機之優點及和雙饋機型的異同

    和雙饋型風力發電機組相比，直驅型機組有如下特點：

    優點包括：

    省略了齒輪箱，機械系統大為簡化，機械可靠性顯著提高。

    在發電機和電網之間采用了完全可控的全功率變流器進行功率轉換，在電網側能夠自由的實現各種功能，如低電壓穿越、動態無功補償，甚至有限的諧波補償能力。在接入網性能方面，直驅型機組具有無以倫比的優勢。

    由于少了齒輪箱等傳動機構，且沒有附加的勵磁損耗，風機整體效率較雙饋機組高，理論值為3%，在吉林、內蒙多個風況相同現場的實際差異則遠高于此數值。

    由于沒有齒輪箱、碳刷等機構，機組需要定期維護的器件數量大大降低，長期維護成本較低。

    由于直驅發電機的特點，使得直驅風機在低速時切入速度小于雙饋機組，從而使整機的發電量和發電效率提高。

    缺點是：

    由于采用了低速電機，電機尺寸龐大，整體重量和成本較雙饋機組更高。吊裝、安裝等成本也有所上升。