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双馈发电机与直驱发电机对比详解,看完就懂两种发电机

文章出处:北京发电机厂家 人气:8519发表时间:2022-08-31 08:10:09

原标题:双馈发电机与直驱发电机对比详解,看完就懂两种发电机

一.发电机——风力发电机组核心部件

在整个风力发电机组中,发电机的成本约占整个机组成本的3.4%,虽然成本占比不高,但是发电机确是整个机组中最重要的组成成分,它的作用是——采用变速运行使风力机最大限度的吸收风能。也可以说,发电机的存在是为了让风机最大效率的捕获风能,从而产生稳定的电流

常见的发电机有两种:双馈发电机(目前的主流机型)和直驱发电机。

下面就给大家介绍这两种发电机以及它们之间的区别:

二.双馈发电机

双馈式风力发电机组的系统将齿轮箱(注意这个知识点,以后要考的)传输到发电机主轴的机械能转化为电能,通过发电机定子、转子传送给电网。发电机定子绕组直接和电网连接,转子绕组和频率、幅值、相位都可以按照要求进行调节的变频器相连。变频器控制电机在亚同步和超同步转速下都保持发电状态。在超同步发电时,通过定转子两个通道同时向电网馈送能量,这时逆变器将直流侧能量馈送回电网。在亚同步发电时,通过定子向电网馈送能量、转子吸收能量产生制动力矩使电机工作在发电状态,变流系统双向馈电,故称双馈技术

双馈式风力发电机组示意图

双馈式风力发电机组的叶轮通过多级齿轮增速箱驱动发电机,主要结构包括风轮、传动装置、发电机、变流器系统、控制系统北京发电机###http://www.1688baifa.com等。

双馈发电机特点:

1.转子采用交流励磁,可以方便地实现变速恒频。

2.可以灵活地进行有功功率和无功功率的调节。其中,有功功率的调节以风力机的特性曲线为依据;无功功率可以根据电网的无功需求进行调节。

3.由变流器控制电压匹配、同步和相位控制,并网迅速,基本无电流冲击;发电机转速可随时根据风速进行调整,是机组运行于最佳叶尖速比。

4.交流励磁双馈风力发电机通常运行于发电状态,负载为无穷大电网。它和发电机接独立负载不同,其定子电压恒定,为电网电压。

5.双馈电机低电压穿越能力较差,遇有电压波动,保护动作后,无法自动并网。目前,国内出现脱网事故的风场绝大部分采用的是双馈风力发电机。

6.由于转子采用绕线式,因此转子引出线处、滑环、碳刷成为电机三大故障点。

双馈风力发电机工作原理:

无刷双馈风力发电机是在自串联感应电机的基础上发展而来的,电机的定子上装有两套绕组,一套通常接至工频电源,极对数为p p,称为功率绕组;

另一套通常接至控制电源(变频电源),极对数为p c,称为控制绕组(p p≠p c)。这两套绕组没有直接的电磁耦合,而是通过转子绕组间接进行电磁功率的传递。北京发电机###http://www.1688baifa.com

转子采用自行闭合的环路结构,其极对数为功率绕组p p与控制绕组p c之和。

工作原理如图:

双馈式风力发电机具有以下优点:

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1、能控制无功功率,并通过独立控制转子励磁电流解耦有功功率和无功功率控制。

2、双馈感应发电机无需从电网励磁,而从转子电路中励磁。

3、它还能产生无功功率,并可以通过电网侧变流器传送给定子。

三.直驱发电机

直驱式风力发电机组的风轮直接驱动发电机,主要由风轮、传动装置、发电机、控制系统等组成。为了提高低速发电机效率,直驱式风力发电机组采用大幅度增加极对数(一般极数提高到100左右)来提高风能利用率,采用全功率变流器实现风力发电机的调速。

直驱式风力发电机组示意图

直驱发电机按照励磁方式可分为电励磁和永磁两种。电励磁直驱风力发电机组采用与水轮发电机相同的工作原理,技术成熟,德国ENERCON公司在这方面取得了很好市场业绩。永磁直驱是近年来研发的风电技术,该技术用永磁材料替代复杂的电励磁系统,发电结构简单,重量相对励磁直驱机组较轻。

但永磁部件存在长期强冲击振动和大范围温度变化条件下的磁稳定性问题北京发电机###http://www.1688baifa.com,永磁材料的抗盐雾腐蚀问题,空气中微小金属颗粒在永磁材料上的吸附从而引起发电机磁隙变化问题,以及在强磁条件下机组维护困难问题等。此外,永磁直驱式风力发电机组在制造过程中,需要稀土这种战略性资源的供应,成本较高

直驱永磁风力发电机有以下优点:

1、发电效率高:直驱式风力发电机组没有齿轮箱,减少了传动损耗,提高了发电效率,尤其是在低风速环境下,效果更加显著。

2、可靠性高:齿轮箱是风力发电机组运行出现故障频率较高的部件,直驱技术省去了齿轮箱及其附件,简化了传动结构,提高了机组的可靠性。同时,机组在低转速下运行,旋转部件较少,可靠性更高。

3、运行及维护成本低:采用无齿轮直驱技术可减少风力发电机组零部件数量,避免齿轮箱油的定期更换,降低了运行维护成本。

4、电网接入性能优异:直驱永磁风力发电机组的低电压穿越使得电网并网点电压跌落时,风力发电机组能够在一定电压跌落的范围内不间断并网运行,从而维持电网的稳定运行。

四.双馈发电机与直驱发电机比较

双馈风机与直驱风机的区别:

1、双馈风机需要增速机构,一般采用齿轮箱;直驱风机不需要;

2、双馈风机的变频器容量是额定容量的1/3左右;直驱风机的是变频器容量一般是等同于额定容量;

3、双馈风机低于同步转速的时候(一般是1500rpm),定子发电,转速吸电(用于励磁和磁场的旋转),超过同步转速之后,定子和转子都在发电;直驱风机在整个区域都是定子在发电;北京发电机###http://www.1688baifa.com

4、双馈风机需要滑环,需要维护,工作量不大,但是大约5-6年后的周期要缩短;直驱风机一般不需要滑环,减少了维护量;

5、双馈风机有齿轮箱,维护量较大;直驱风机没有齿轮箱,没有维护量;

6、到了单机3MW容量以上:双馈的整体尺寸和重量虽然可以控制得住,但是齿轮箱会变得很大;而直驱的发电机就会变得很巨大了,需要拆开来运输,现场分开安装;

7、双馈风机的传动链较长,直驱风机传动链很短,从同一距离机械损耗比电气损耗要高一个数量级的原则上看,双馈的总体效能不如直驱;但是,因为磁钢材料牌号和气隙设计等各种问题,实际上某些厂家的直驱风机效能也不一定高;

8、从成本来说,双馈风机要略低于直驱风机,主要是磁钢材料高居不下的原因;

9、从整机容量不断攀升和叶片越来越长的设计情况来看,双馈风机的传动链长可以不太担忧叶片与塔筒之间的问题,而直驱风机的设计可要面对这个问题;所以一般双馈风机的水平倾角要小一点,而直驱风机的要大一点。

为什么双馈发电机能成为当下的主流机型呢?

1、直驱发电机的体积非常大,直驱发电机的机组比双馈机组大很多;北京发电机###http://www.1688baifa.com

2、直驱发电机对轴承等转动部件的要求极高;

3、直驱发电机所用的永磁材料在震动、冲击、高温情况下容易发生失磁现象;

4、直驱发电机中含铁,在海上强盐雾的情况下防腐问题没有得到解决;

5、直驱发电机组现场不具有维护性,无法在现场条件下维修,一旦出现问题必须要运送回厂家进行维修;

6、风轮和发电机直接连接会增加叶片的冲击载荷,并且将其直接传递到发电机上,增加了发电机出故障的可能性;

在这种趋势下,双馈发电机成为了当下的主流机型。

五.未来发电机的发展——双馈电机也将被替代

虽然双馈发电机是未来主流机型,但在低速电机励磁无功显著增大的趋势下,双馈电机的主要优势或将失去,其次,由于电力电子技术的飞速发展,变频器成本大幅降低也进一步加剧了双馈发电机优势的丧失。在此情况下,它存在滑动电接触可靠性低、维护工作量大的缺点就更加显现出来,因此低速的直驱和半直驱风力发电机组都不用双馈电机,不仅如此,随着海上风电机组的高可靠性要求和电力电子器件价格的进一步降低,在高速领域中,双馈电机也逐步失去了其明显优势而被永磁电机、鼠笼异步电机和电励磁同步电机所取代

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